KR20160048232A - Method for mass production of nucleic acid nanostructure and use thereof in drug delivery systems - Google Patents
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Abstract
Description
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 the utilization of nucleic acid nanostructures prepared by such a method as drug carriers.
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. Recently, a nucleic acid that has been recognized as a genome to store and transmit biological genetic information has recently been recognized as a functional biopolymer based on self-assembling properties due to the complementary sequence of a nucleic acid. Research is being conducted in various technical fields such as making sophisticated structures. The nucleic acid nanostructures thus produced are not only for the manufacture of nanostructures themselves, but also have potential to be applied to a variety of fields such as therapeutic fields, medical diagnoses, crime medicine fields, 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 p29 for cloning the genome is its DNA polymerase, a 66 kDa monomeric protein capable of catalyzing both the replication initiation and elongation of the synthesized strand. For initiation, the polymerase is coupled to a protein known as "terminal" (TP), recognizing the end of Pi 29 DNA and catalyzing the formation of a TP-dAMP covalent complex. After polymerization of 10 nucleotides, the DNA polymerase / TP heterodimer is dissociated and extension of the strand from the DNA is carried out. Reproducible DNA polymerases require interaction with accessory proteins that stabilize the binding between the enzyme and DNA (Kuriyan and O'Donnell. J Mol Biol. 1993; 234: 915-925). On the other hand, since the DNA polymerases require functional association with helicase-type proteins, they need to be linked to the polymerization upon isolation of unreplicated DNA strands. In this sense, the DNA polymerase of the bacteriophage pie 29 has various inherent functional characteristics that make it unique, such as 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 these features have led to the development of protocols for a wide variety of isothermal processes (i.e., constant temperature) to amplify double stranded DNA (dsDNA) based on the use of this polymerase. In a simple structure, the ability to utilize the circular single-stranded DNA (ssDNA) of the Pie 29 DNA polymerase enables the amplification of DNA by the rolling circle method (or RCA-rolling circle amplification) Long-length single-stranded DNA molecules. However, in spite of reports on such DNA amplification methods, there is a continuing need for the development of techniques for efficiently amplifying nucleic acids starting from a smaller amount of nucleic acids, and particularly capable of rapidly and accurately amplifying nucleic acids having specific functionalities .
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, it is known that in the case of a specific disease, diseases can be effectively treated by RNA interference. Therefore, attempts have been made to treat siRNAs against cancer and various genetic diseases, and nucleic acid constructs There is an attempt to. The discovery of RNA interference (RNAi) has paved the way for a whole new field of biology and pharmacy. The ability of RNAi to specifically silence the target gene has resulted not only as a new tool for basic research, but also as an initiative for the development of drugs based on RNAi. RNAi targets mRNA through sequence-specific binding, resulting in degradation of target mRNA or its translation, leading to loss of protein expression. This is achieved pharmacologically through the introduction of small 19-21 bp dsRNA molecules called small interfering RNAs (siRNAs). From this
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 such a disease treatment method using siRNA, there is a limit in that siRNA can not effectively be delivered in vivo by a relatively large molecular weight (e.g., 13 kDa) of siRNA and polyanionic characteristic (for example, . Naked siRNAs are not able to freely pass through cell membranes and unmodified ex-siRNAs are relatively unstable in blood and serum because they are rapidly degraded by endonuclease or exonuclease, In order to solve this problem, a method of performing chemical modification on the RNA double structure to improve the biological stability without adversely affecting the gene-silencing activity has been reported. Or alternatively can be formulated into delivery systems that provide biological stability as well as enhance cell uptake. Several chemical modifications to the backbone, base or sugar of RNA have been used to improve siRNA stability and activity. However, the need for promoting siRNA access to intracellular functional sites in such delivery systems 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. To solve this problem, a method of using cationic particles to promote effective interactions between negatively charged siRNA nucleotides and particles and to facilitate their entry into cells has been studied. However, it has been reported that the delivery of such particles to the site of interest due to the rapid ingestion by the reticuloendothelial organ of the reticuloendothelial system can not effectively take place when the siRNA is delivered as a system of these cationic particles .
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.Therefore, studies on nanoreversors for loading and delivering siRNA have been attempted. However, the number of clinically relevant nanocarriers used for this purpose is scarce, and major disorders remain unresolved, particularly with regard to their effective delivery through the administration of parenteral routes. siRNAs represent hydrophilic bio-polymer classes that require the application of appropriate nanocarriers to take 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 to study a method for efficiently delivering a small molecule, i.e., a drug or siRNA, into a cell to treat a genetic disease such as cancer, and there is a desperate need for studies on the most efficient drug delivery construct .
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. In studying nucleic acid nanostructures for effectively delivering an active agent into a cell, the present inventors have found that when DNA or RNA is amplified using DNA having a specific sequence as a template, DNA or RNA nanostructures Can be obtained by amplification with high efficiency and can be used for activator delivery, and the present invention has been 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 provide a DNA amplification product in which a specific unit sequence is prepared as a circular template and a sequence complementary to the unit sequence is repeated, DNA for producing a DNA nanostructure replicated in large quantities Thereby providing a mass production method of the nanostructure.
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 delivering 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. It is also an object of the present invention to provide a template DNA amplification product in which a plurality of specific unit sequences are respectively prepared as a circular template and amplified to obtain a template DNA amplification product in which a sequence complementary to a unit sequence is repeated, To provide a method to do so.
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 activator delivery produced 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. It is also an object of the present invention to prepare a plurality of specific unit sequences as a circular DNA template and transcribe the same into an RNA polymerase to obtain an amplified RNA product in which a sequence complementary to the template DNA unit sequence is repeated, 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 activator delivery, which is produced 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. It is another object of the present invention to prepare a plurality of unitary sequences each having a specific unit sequence as a plurality of circular DNA templates and transcribe the same into an RNA polymerase to obtain individual amplified RNA products in which a sequence complementary to the template DNA unit sequence is repeated , And a method of mass-producing the RNA nanostructure by cutting and mixing and self-assembling the RNA nanostructure.
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 activator delivery, which is produced 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 provides 1) (PM k k -N) to (PM (Kn) -N process one polynucleotide sequence associated with a K of unit represented by (Kn)) DNA Kinase in Riga Thereby preparing a circular DNA template to which the end of the sequence is connected; 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 an amplified sequence group; And 4) obtaining a DNA nanostructure by self assembly of the amplified sequence group. (Herein, P is a primer binding site containing a restriction enzyme recognition site, M and N are single stranded DNA sequences 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 , N is an integer of 90 or less, and 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, the polynucleotides of the above methods are polynucleotides in which K unit sequences represented by '(PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) k -N k), hereinafter (PM (Kn) -N (Kn )) comprises would be to refer to each of unit sequences, as each of the unit sequence is' P (primer binding sequence, a restriction enzyme recognition site therein) Quot; first portion - second portion ". The second portion of any one of the unit sequences other than the first unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first portion of the other unit sequence linked to the 3' end of the unit sequence , The second part of the unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first part of the unit sequence located at the 5' end of the polynucleotide. Since the polynucleotide has K unit sequences linked thereto, a single strand having a structure in which K (K is an integer of 3? K? 90 or less) unit sequences having a structure of 'P-first portion-second portion' Polynucleotide < / RTI >
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 more detail, the 'circular DNA template' in the above method means that the polynucleotide of the above method is treated with an DNA ligase, whereby the 5 'end and the 3' end are linked to each other. However, since the complementary sequence portions exist in the polynucleotide, the complementary sequence portions in the circular internals are combined with each other as shown in the upper left part of FIG.
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. The present invention also relates to a DNA polymerase which is selected from the group consisting of Bst DNA polymerase, exonuclease minus, Tth DNA polymerase, PyroPhage TM 3173 DNA polymerase, BcaBEST DNA polymerase and Phi, 29 < / RTI > DNA polymerase, wherein the DNA nanostructure is at least one selected from the group consisting of DNA polymerases.
또한 본 발명은 제한효소 인식부위가 회문구조 (palindromic)인, DNA 나노구조체의 대량 생산 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for mass production of DNA nanostructures wherein 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. The present invention also relates to a method for producing a recombinant DNA of the present invention, wherein the above restriction enzyme is BamHI, HindIII, EcoRI, EcoRII, TaqI, SacI, KpnI, EcoP15I, and PstI. The present invention provides a method for mass production of DNA nanostructures.
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-producing DNA nanostructures, which further comprises: 5) binding an activator to a DNA nanostructure in the mass production method.
또한 본 발명은 DNA 나노구조체의 대량생산방법에 의하여 만들어지는 접착성 말단을 갖는 DNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides a DNA nanostructure having an adhesive end produced by a mass production method of 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 now be described in more detail. Since the second portion of one unit sequence in the DNA nanostructure is complementary to the first portion 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, (That is, a spider or a spiral extending from a central point in two dimensions or three dimensions on all sides). Also, the P moiety present in each unit sequence is present as a single-stranded nucleic acid at the respective ends of the prepared nucleic acid nanostructure, which acts as a sticky end to which other active agents can be attached. A method for producing a DNA nanostructure using each of the K unit sequences described below as a template or a method for producing an RNA nanostructure prepared by a method for producing an RNA nanostructure using one polynucleotide or K unit sequences as a template, Likewise, the double stranded nucleic acid branches of the same number as the number of the unit sequences have a radially extending shape, and a single stranded nucleic acid exists which can act as an adhesive end at the end of each branch.
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. In one embodiment of the present invention, when K is 3, that is, when a nucleic acid nano-structure is produced using one polynucleotide to which three unit sequences are linked, the produced nucleic acid nano-structure has a Y-shape. The nucleic acid may be DNA or RNA.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides a DNA nanostructure for activator delivery produced 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. The present invention also provides an activator-bound DNA nanostructure wherein said activator is at least one selected from the group consisting of siRNA and its chemical derivatives, 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. The present invention also relates to the use of the medicament in combination with at least one selected from the group consisting of mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin which is an anticancer agent selected from the group consisting of doxorubicin, adriamycin, echinomycin, benzimidazo [1,2-c] quinazoline, and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. . Also particularly particularly preferred are 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).The present invention also relates to a method for producing K circular DNA templates, each of which comprises treating K DNA units represented by (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) with DNA ligase, Lt; / RTI > 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, wherein the P is a restriction enzyme recognition site, M and N are single stranded DNA sequences 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 , K is a sequence complementary to
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 does not use one polynucleotide to which K unit sequences are linked, but uses a K unit sequence to prepare a circular template. Each primer pair sequence (PM k -N k ) and (PM (Kn) -N (Kn) ) is referred to as P (primer binding sequence including a restriction enzyme recognition site) 2 moiety ", and the second portion of any one unitary sequence is complementary to the first portion of the other unitary sequence. When each of the unit sequences becomes a circular template, the DNA polymerase does not form a complementary bond in the template step, and the energy consumed to solve the binding is relatively decreased, so that the DNA nanostructure is produced with higher efficiency There is an advantage that it can be. In some cases, it is also advantageous to synthesize and use shorter unit sequences than to synthesize one long polynucleotide, which may be more economical.
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;The present invention also relates to a method for preparing a DNA template having K nicks by combining K unit sequences represented by (P - first part - second part) and combining complementary parts with 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 ligated. The following steps can be performed by amplifying with 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. The present invention also provides a method for mass-producing DNA nanostructures, which further comprises the step of binding an active agent to the DNA nanostructure of step 5).
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides a DNA nanostructure for activator delivery produced 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. The present invention also provides an activator-bound DNA nanostructure wherein said activator is at least one selected from the group consisting of siRNA and its chemical derivatives, 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 provides 1) (Pr-M k -N k) to (Pr-M (Kn) one to the K unit sequences represented by -N (Kn)) DNA Riga handle azepin the distal end of the linked sequences Preparing a circular DNA template; 2) obtaining an amplified RNA product in which a circular DNA template is treated with an RNA polymerase to repeat a sequence complementary to the unit sequence of the template DNA; 3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form a double strand of DNA / RNA; 4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence mixture complementary to the unit sequence; And 5) obtaining the RNA nanostructure by self assembly of the unit sequences in the amplified unit sequence complementary sequence mixture. (Herein, Pr is an RNA polymerase and kinase promoter sequence of the La recognizes the RNA polymerase to dehydratase, and M and N are 15 to 25nt long siRNA sequences, N k is a sequence complementary to M (k-1) and, N 1 is M k complementary K is an integer of 3? K? 90 or less, and 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. In one embodiment of the present invention, the DNA helper may be 2'-O-methylated 1 to 6 nucleotides from the 3 'and 5' ends, respectively.
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. (Pr- Mk - Nk ) and (Pr-M (Kn) -N (Kn) ), which means the respective unit sequences, Promoter sequence) - first part - second part '. As described above, the second portion of one unitary sequence is complementary to the first portion of another unitary 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. In the above, K DNA units represented by 'Pr-M k -N k ' to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) are treated with DNA ligase to form a circular DNA template More specifically, the complementary parts between the unit sequences are mutually combined to form a K-nicked template. The DNA ligase is then treated to bind the nicks together to form a circular DNA template .
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. The present invention also provides K circular DNA templates by treating DNA sequences of each of K unit sequences, amplifying the circular DNA templates with RCA, mixing the amplified sequence groups, and synthesizing RNA nano Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > structure. In addition to producing K circular DNA templates and amplifying each with RCA to produce a sequence group, specific methods can be performed as described above.
또한 본 발명은 상기 RNA 폴리머라아제가 T7-RNA 폴리머라아제인, RNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. The present invention also 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. The present invention also provides RNA nanostructures for activator delivery produced by the above method.
또한 본 발명은 siRNA 서열이 포함된 것을 특징으로 하는, RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides an RNA nanostructure comprising an siRNA sequence.
또한 본 발명은 상기 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides an RNA nanostructure in which an activator 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. The present invention also relates to the use of the active agent in combination with at least one selected from the group consisting of mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin wherein the anticancer agent is at least one anticancer agent selected from the group consisting of doxorubicin, adriamycin, echinomycin, benzimidazo [1,2-c] quinazoline, and imidazodiquinolinium cation naphthalimides.
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 another aspect, the present invention 1) (Pr-M k -N k) to (Pr-M (Kn) -N (Kn)) K of unit sequence to the kinase or DNA ligase treatment circligase K circular each represented by the following DNA Producing a mold; 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; And 4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence group complementary to the unit sequence; And 5) obtaining an RNA nanostructure by self-assembly of the sequence by mixing the amplified single sequence group, wherein the Pr is 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 equal to or less than 3? K? 90, and 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- Mk - Nk ) and (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) representing the respective unit sequences can also be expressed as 'Pr-first part-second part' have. As described above, the second portion of one unitary sequence is complementary to the first portion of another unitary sequence.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides RNA nanostructures for activator delivery produced by the above method.
또한 본 발명은 상기 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides an RNA nanostructure in which an activator 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 the DNA nanostructure or RNA nanostructure of the present invention, since the cleavage site exists in the amplification template, the nanostructure based on the desired nucleic acid can be mass produced with high efficiency through the site-specific cleavage, The desired active agent can be easily transferred into the cell or a nano structure capable of directly delivering siRNA can be directly produced by including the desired siRNA sequence in the template. Therefore, efficient nucleic acid amplification can be achieved and mass production of the nucleic acid nano- , And may be useful for delivering the active agent into cells.
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.FIG. 1 is a view illustrating an example of loading siRNA into the protruding adhesive end and using it as a drug delivery vehicle.
Figure 2 is a simplified representation of a method for amplifying a Y-form DNA nanostructure through a single stranded DNA template.
FIG. 3 is a graph showing the results of the products produced in each step of the mass production method through 10% PAGE (L: DNA ladder, 1: primer, 2: Y-DNA template and 3: hybridized Y-DNA / primer Product, 4: circular Y-DNA template, 5: RCA product, 6: cut / self-assembled product, 7: purified Y-DNA product)
FIG. 4 is a diagram showing a result of checking a Y-shaped nanostructure formed using an AFM image
(a: RCA product; Upper: single-stranded DNA amplified and extended by Pie 29 DNA polymerase, bottom: comparison of single strand nucleic acid height with amplified strand / b: self-assembled Y- Disconnected nano-sized spherical shape through cutting / connecting process, bottom: Double-strand confirmation through height confirmation).
FIG. 5 (a) is a graph showing the results of Y-type DNA / FA-siRNA nanostructures confirmed by 10% PAGE analysis (L: DNA ladder, 1: Y-DNA nanostructure, 2: Y- gt; siRNA < / RTI >
Figure 5 (b) shows the result of confirming gene silencing effect of the gene transporter through GFP-KB cell infection.
FIG. 5C shows the results of confirming the gene silencing effect by fluorescence microscopy after culturing GFP-KB cells and Y-FA-siRNA.
Figure 6 is a simplified representation of a method for amplifying a Y-form DNA nanostructure through three single stranded DNA templates.
FIG. 7 is a graph showing the results of 10% PAGE analysis of the products produced in each step of the mass production method (L: DNA ladder).
8 is a view showing the result of confirming the formation of a Y-shaped DNA nanostructure through Y1 to Y3 hybridization.
Fig. 9 is a diagram showing the shape of a DNA template and its sequence.
10 is a schematic view illustrating a process of mass-producing a Y-shaped RNA nanostructure through a single-stranded DNA template.
FIG. 11 is a graph showing the results obtained by the 5% PAGE analysis (L: DNA ladder, 1: S1, 2: S1 + S2, + S3), 4: primer, 5: hybridized Y-DNA / primer product, 6: circular Y-DNA template, 7: RCT product, 8; 18nt DNA helper hybridization and RNase-
FIG. 12 is a schematic representation of a method for mass-producing Y-shaped RNA nanostructures through three single-stranded DNA templates. FIG. 12A shows a method using Circligase, FIG. 12B shows a method using T4 DNA ligase to be.
FIG. 13 is a diagram showing the result of a 5% PAGE analysis (A: ligase, B: circligase) in the products produced in each step of the mass production method.
FIG. 14 shows the use of a 2'-O-methylated DNA helper to briefly illustrate the process of mass-producing Y-shaped RNA nanostructures through a single stranded DNA template.
FIG. 15 is a diagram showing the result of confirming the products produced in each step of the mass production method by 10% PAGE analysis.
FIG. 16 is a graph showing the results of confirming the gene silencing effect through Flow Cytometry after treating GFP-KB cells and Y-shaped 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).The present invention relates to a method for producing a polynucleotide comprising the steps of: 1) treating a polynucleotide in which K unit sequences represented by (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) Preparing a DNA template; 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 an amplified sequence group; And 4) obtaining a DNA nanostructure by self assembly of the amplified sequence group. (Herein, P is a primer binding site containing a restriction enzyme recognition site, M and N are single stranded DNA sequences 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 , N is an integer of 90 or less, and 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, it is possible not only to mass-produce DNA and RNA nanostructures with high efficiency, but also to have a cleavage sequence in the inside of the nanostructure, so that a desired unit sequence can be obtained through a simple method, By including the sequence in its own form, it is possible to produce the siRNA transporter with high efficiency without a separate loading step.
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 term "unitary sequence " of the present invention refers to a sequence repeatedly appearing in an endless copying 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, Sequence. Further, the unitary sequence of the present invention may be a single-stranded polynucleotide, more preferably a single-stranded DNA polynucleotide, but not limited thereto.
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 endless replication or transcription until termination of the reaction through the endless replication or transcription of the nucleic acid, and it is possible to obtain a copy sequence of the unit sequence unit or a transcription sequence complementary thereto 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 can 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. Herein, P is a primer binding sequence including an endonuclease restriction enzyme recognition site. A primer of a complementary sequence recognizes and binds to a primer binding sequence, thereby forming a 3'-OH terminal of a unit sequence and a 5'-phosphate The ends may be located close together and then be linked by DNA ligase. The length of such a primer binding sequence may be 6 to 40 nt, preferably 12 nt to 30 nt, as long as it includes a restriction enzyme recognition site and fulfills the above-mentioned role. In one embodiment of the present invention, an exemplary primer sequence includes a sequence recognized by a primer represented by 'TTCAAGGCGAGGTAGCTGCAGGG (SEQ ID NO: 2)' in a unit sequence. It can be confirmed that the primer sequence of SEQ ID NO: 2 contains the restriction enzyme recognition site CTGCAG sequence.
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 sequences " (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) "in the above method are preferably in the form of linear polynucleotide strands in which all unit sequences are connected together. During the construction of the construct, a circular template can be formed by connecting the 5 'phosphate end with the 3' OH end.
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. Most preferably, M and N are linear single-stranded DNA polynucleotides in the unit sequences of (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) 300 nt long, 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. P and M, a nucleotide in the hydroxyl group of the 3 'end as a polynucleotide represented by N are well known in the art and linked form by phosphodiester ester bond, in this way the same connection specification of the present invention, for example, PM k -N k . In such a connection, any polynucleotide of P, M, or N may also be inserted between the polynucleotides of any length of short nucleotides, as long as it does not interfere with the object of the present invention.
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 a sequence complementary to M 4 , N 4 to M 3 , N 3 to M 2 , N 2 to M 1 , and N 1 to M 5 , When K is 4, it means that N 4 can 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 term "complementary sequence" means a sequence complementary to the complementary sequence of 100 to 100%, preferably 80 to 100% Preferably 90 to 100% complementary sequence, even more preferably 95 to 100% 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. If in one embodiment of the present invention K = 3,
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. Marking the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in a unit sequence may be represented by the pho-M 3 -N 3 -M 2 -N 2 -M 1 -
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. These complementary sequences can recognize and bind to each other at the time of preparing the template DNA by linking the 5 'end and the 3' end, thereby forming a template having a specific form such as a Y- .
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 any DNA polymerase capable of producing a template DNA amplification product in which a unit sequence is repeated from a DNA template, and any of those known in the art may be used without limitation, preferably Bst DNA polymerase, exonuclease minus , Tth DNA polymerase, PyroPhage (TM) 3173 DNA polymerase, BcaBEST DNA polymerase and Phi 29 DNA polymerase, and more preferably, pie DNA polymerase (Phi) 29 DNA polymerase. The Phi 29 DNA polymerase enables the amplification of DNA by the rolling circle method (or RCA-rolling circle amplification) using a circular single stranded DNA template, It is possible to produce single-stranded DNA molecules that are repeatedly long.
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 the present invention, the "restriction enzyme recognition site" formed in the DNA amplification product preferably forms a palindromic structure. The term "translational structure" means that the nucleotide sequence on the DNA molecule is the same in structure even when read at the right or left side. Such a restriction enzyme recognition site is repeatedly present in the sequence amplified by the restriction enzyme sequence region contained in the primer sequence of the unit sequence and is recognized by the restriction enzyme and can be precisely . The presence of such restriction enzyme recognition sites is advantageous in that a desired unit sequence can be obtained simply by restriction enzyme treatment.
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 the present invention, the term "restriction enzyme" is preferably an endonuclease that recognizes and cleaves a specific restriction enzyme site in the polynucleotide sequence. In addition, preferably, 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 PstI. In the present invention, PstI is used as a preferred example. The restriction enzyme recognition sequences that the endonuclease recognizes and cleaves are well known in the art and can be readily 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 cleaves a restriction enzyme recognition site in an amplified long polynucleotide sequence repeatedly comprising a unit sequence, whereby a large number of sequences cleaved into unit sequence units can be obtained. In particular, it is preferable that the restriction enzyme of the present invention cleaves the cleaved polynucleotide sequence asymmetrically, and the amplified unit sequence group thus obtained may each consist of a unit sequence polynucleotide having an adhesive end (sticky end) .
또한 본 발명은 상기 대량 생산방법으로 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다.The present invention further provides a method for mass-producing DNA nanostructures, which further comprises the step of binding the DNA nanostructure produced by the mass production method to the active agent.
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 by the method of the present invention is composed of a unit sequence polynucleotide having an adhesive end (sticky end), it has an advantage that the active agent can be easily loaded at the adhesive end region .
따라서 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제가 결합된 DNA 나노구조체를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a DNA nanostructure having an active agent bound thereto, which is produced 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 any substance that can be loaded into the DNA nanostructure produced and expressed into the cell by the nanostructure so that the desired effect can be exhibited. Or a chemical derivative thereof, an oligonucleotide, a polynucleotide, a small molecule, and a drug, more preferably a drug such as an siRNA and its chemical derivative, an anticancer agent, a contrast agent or the like, or a drug such as mitonafide, amonafide, The compounds of the present invention may be used in combination with other drugs such as bisnaphthalimide, ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin ), Benzimidazo [1,2-c] quinazoline, and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. , Active agents that can be loaded and delivered in this way are described variously in "Intercalators as Anticancer Drugs (A. Ramos et al., Current Pharmaceutical Design, 2001, 7, 1745-1780) ≪ / RTI > may be cited 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). The present invention also relates to a method for producing K circular DNA templates, each of which comprises treating K DNA units represented by (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) with DNA ligase, Lt; / RTI > 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, wherein the P is a restriction enzyme recognition site, M and N are single stranded DNA sequences 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 , K is a sequence complementary to
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 of the DNA nanostructures, K unit sequences are individually prepared as K circular DNA templates, and DNA nanostructures are mass produced, so that complementary sequences existing in the individual unit sequences are complementary in the DNA template step And thus, there is no part other than the recognition site of the restriction enzyme that forms a bond. Therefore, the DNA polymerase has the advantage that the energy consumed to solve the bond is relatively reduced, and thus the DNA nanostructure 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 made up of K circular DNA templates, each of which is linked by a DNA primer and a DNA primer that binds to the primer recognition site of the sequence, and amplified individually to form a unit sequence (PM k -N k ) To (PM (Kn) -N (Kn) ) can 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. For example, in the present invention K it is 5, (PM 5 -N 5) , (PM 4 -N 4), (PM 3 -N 3), (PM 2 -N 2), (PM 1 -N 1) May be used to form a circular DNA template to form a total of five types of DNA templates. Four individual unit sequences of (PM 4 -N 4 ), (PM 3 -N 3 ), (PM 2 -N 2 ) and (PM 1 -N 1 ) can be used when K = 4, Which can form a total of four types of DNA templates. Thus, each unit sequence can form a total of K amplified unitary sequence 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 still another aspect of the invention the sequence of the units, if K is 3 (3 PM -N 3), (PM 2 -N 2), (PM 1 -N 1) discloses a, which are shown in SEQ ID NOS: 3 to 5 . More specifically, a portion having a complementary characteristic in the unit sequence SEQ ID NOS: 3 to 5 is represented 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.
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 template DNA is amplified according to the present method, it is possible to obtain a polynucleotide which is repeated, such as pM 3 -N 3 -pM 3 -N 3 -pM 3 -N 3 , pM 2 -N 2 -pM 2 -N 2- pM 2 -N 2 , pM 1 -N 1 -pM 1 -N 1 -pM 1 -N 1 to obtain a complementary amplification product to three unit sequences consisting of repeating polynucleotides .
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 thus obtained unit sequence contains a repeated primer recognition site, which contains a restriction enzyme recognition site sequence. Thus, the amplified polynucleotide sequences produced by the present methods are designed to contain the respective unit sequences by "restriction enzymes ", preferably endonuclease, that recognize and cleave specific restriction enzyme sites within the polynucleotide sequence Can be specifically cleaved and thus a large number of sequences truncated in sequence units complementary to the unit sequence can be obtained. In particular, it is preferred that the restriction enzyme of the present invention cleaves the cleaved polynucleotide sequence asymmetrically, and the amplified sequence group thus obtained is composed of a polynucleotide complementary to a unitary sequence having a sticky end, respectively .
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 cleaved sequence groups are mixed, the presence of mutually complementary sequences existing in each sequence causes self-assembly of the polynucleotide, and thus a DNA nanostructure can be formed.
또한 본 발명은 상기 대량 생산방법에 있어서, 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 결합시키는 단계를 추가적으로 포함하는 DNA 나노구조체의 대량생산방법을 제공한다. The present invention also provides a method for mass-producing DNA nanostructures, which further comprises the step of binding an active agent to the DNA nanostructure.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 활성제 전달용 DNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides a DNA nanostructure for activator delivery produced 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 can be loaded on the prepared DNA nanostructure and can be introduced into the cell by the nanostructure to thereby express the desired effect. However, siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, Polynucleotides, small molecules, and drugs, and more preferably siRNA and its chemical derivatives, anticancer agents, contrast agents, etc., or drugs such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin, Benzimidazo [ 2-c] quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. The drug can be. Also particularly particularly preferred are 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 provides 1) (Pr-M k -N k) to (Pr-M (Kn) one to the K unit sequences represented by -N (Kn)) DNA Riga handle azepin the distal end of the linked sequences Preparing a circular DNA template; 2) obtaining an amplified RNA product in which a circular DNA template is treated with an RNA polymerase to repeat a sequence complementary to the unit sequence of the template DNA; 3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form a double strand of DNA / RNA; 4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence mixture complementary to the unit sequence; And 5) obtaining the RNA nanostructure by self assembly of the unit sequences in the amplified unit sequence complementary sequence mixture. (Herein, Pr is an RNA polymerase and kinase promoter sequence of the La recognizes the RNA polymerase to dehydratase, and M and N are 15 to 25nt long siRNA sequences, N k is a sequence complementary to M (k-1) and, N 1 is M k complementary K is an integer of 3? K? 90 or less, and 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 the RNA polymerase and is preferably composed of an RNA polymerase promoter sequence. That is, when T-7 RNA polymerase is used as the RNA polymerase, it is preferable that the Pr region is a promoter sequence of T-7 RNA polymerase, and the RNA polymerase and the RNA polymerase Promoter sequences are well known to those of ordinary skill 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. One example of the present invention discloses a preferred RNA polymerase, T-7 RNA polymerase, and its promoter sequence is 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAT-3 '. Such a sequence may be divided into a unitary sequence used in a mass production method of RNA nanostructure of the present invention, and the sequence may be composed of a sequence obtained by linking the unitary sequence with 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- Mk - Nk ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) of the present invention can be obtained by the action of DNA ligase, Lt; RTI ID = 0.0 > -OH < / RTI > The length of such a unitary sequence may be a nucleic acid sequence of 15 to 500 nt in length, preferably 20 to 300 nt, preferably 20 to 200 nt in length. Further, the unitary sequence of the present invention may be a single-stranded polynucleotide, more preferably a single-stranded DNA polynucleotide, but not limited thereto.
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 preferably "siRNA sequences" of 15 to 25 nt in length, more preferably 18 nt to 25 nt in length, and when they are out of this length, . That is, since the unit sequence used in the mass production method of RNA of the present invention includes the siRNA sequence within the unit sequence, it is possible to mass-produce the structure including the siRNA in the polynucleotide itself produced through the direct transcription and amplification thereof , There is an advantage that it can be used as a direct siRNA transporter without performing a separate activator 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 noted above, M and N are so preferred that the siRNA sequences, N k is M (K- 1) and a complementary sequence, N 1 and k is noted that M complementary sequences is N k is M (K -1) with one another the sense - and antisense sequence, N is 1 and M k each sense - means that the antisense sequence.
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 as such, are short sequences of siRNA molecules that, when delivered into cells, induce a decrease in mRNA levels that are complementary, thereby inhibiting the expression of specific genes, which may be effective in the treatment of genetic diseases such as cancer Anything that can be used without limitation. Examples of such siRNAs include EGFR-siRNA, anti-VEGF anti-GFP, anti-Luc, anti-EGF, anti-FVII, anti-ApoB and the like. Such exemplary siRNAs are well 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. Examples of siRNAs that are easy to determine whether siRNA transcription, amplification, and nanostructure formation have been effectively performed include sense of RFP (red fluorescent protein), Luc (firefly luciferase) and GFP (green fluorescent protein) was used as the antisense siRNA sequences, such as Pr-M 3 -N 3 is Pr- sense RFP- sense Luc, Pr-M 2 -N 2 are Pr- antisense Luc- sense GFP and Pr-M 1 -N 1 is Pr- 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. As is well known in the art, the polynucleotide represented by Pr, M, and N is a form in which a nucleotide is linked to a hydroxyl group at the 3 'end by a phosphodiester bond. M k -N k . In such a connection, any polynucleotide of short length may be inserted between the polynucleotides of P, M, and N as long as it does not interfere with the object of the present invention, which may be 1 to 20 nt, preferably 1 to 15 nt Preferably 1 to 10 nt.
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 mass production method of RNA of the present invention, the amplified RNA product in which the sequence complementary to the template DNA unit sequence is obtained by treating the RNA polymerase can be obtained. For example, when K is 5, -Pr-M 5 -N 5 -Pr- M 4 -N 4 -Pr-M 3 -N 3 -Pr-M 2 -N 2 -Pr-
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. Also included in the unit sequence of the present invention is a sequence complementary to a RNA strand to be amplified, to which a DNA helper generating DNA / RNA binding can bind. These sequences are transcribed into RNA by RNA polymerase, and complementary DNA helper sequences can be ligated. Therefore, when a DNA helper is added to the amplified polynucleotide sequence transcribed so as 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, DNA / RNA double strand is formed. In one example of the present invention, TAATACGACTCACTATAG consisting of 18 nt with a DNA helper that can be used is disclosed, but it is limited if it can form double strands of DNA / RNA specifically on the Pr sequence region on 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 double strand of DNA / RNA thus formed may be a target of RNase H capable of specifically cleaving such double strand. When the DNA / RNA double strand is cleaved by RNase H, a single strand polynucleotide having a sequence complementary to the unit sequence A large amount of the mixture can be obtained.
이와 같이 증폭된 단위서열에 상보적인 서열 혼합물은 단위 서열 내에 존재하는 상보적인 서열의 결합에 의하여 RNA 나노구조체로 형성될 수 있다. The sequence mixture thus complementary to the amplified unit sequence can be formed into RNA nanostructures by the binding of 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 activator delivery, which is produced 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 includes an siRNA sequence. Since the RNA nanostructure includes the siRNA sequence in the transcribed and amplified sequence, it is possible to deliver siRNA, which is an activator, into the cell without additional siRNA loading.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides an RNA nanostructure in which an activator is further bound to an RNA nanostructure produced 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 on the prepared RNA nanostructure and may be introduced into the cell by the nanostructure so as to express the desired effect. However, siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, Polynucleotides, small molecules, and drugs, and more preferably siRNA and its chemical derivatives, anticancer agents, contrast agents, etc., or drugs such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin, Benzimidazo [ 2-c] quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. Cancer can be. Particularly preferred are 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 another aspect, the present invention 1) (Pr-M k -N k) to (Pr-M (Kn) -N (Kn)) K of unit sequence to the kinase or DNA ligase treatment circligase K circular each represented by the following DNA Producing a mold; 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; And 4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence group complementary to the unit sequence; And 5) obtaining an RNA nanostructure by self-assembly of the sequence by mixing the amplified single sequence group, wherein the Pr is 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 equal to or less than 3? K? 90, and 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 mass production method of the RNA nanostructure of the present invention, a total of K unit sequences can individually form a circular DNA template, which can be achieved by treatment of 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, the RNA sequence complementary to the DNA template by the RNA polymerase can be infinitely transcribed by RCA (rolling circle transcription) to generate an amplified sequence. For example, when K is 3 Pr-M 3 -N 3), (PM 2 -N 2), (
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. DNA helper sequences may be added to the amplified RNA products to form double strands of DNA / RNA. If the DNA helper sequences are capable of forming RNA / DNA double bonds at the helper sequence recognition sites of the amplified RNA products, 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 DNA / RNA double strand is formed as described above, it can be cleaved specifically by RNase H, so that a sequence complementary to a unit sequence can be obtained in a large amount. When a sequence complementary to the amplified unit sequence thus obtained in large quantities is mixed, self-assembly can be carried out using the complementarity of antisense and sense siRNAs present in each unit sequence, and the RNA nanostructure 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. The present invention also provides RNA nanostructures for activator delivery produced by the above method. The RNA nanostructure includes an siRNA sequence. Since the RNA nanostructure includes the siRNA sequence in the transcribed and amplified sequence, it is possible to deliver siRNA, which is an activator, into the cell without additional siRNA loading.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 만들어지는 RNA 나노구조체에 활성제가 추가로 결합된 RNA 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides an RNA nanostructure in which an activator is further bound to an RNA nanostructure produced 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 on the prepared RNA nanostructure and may be introduced into the cell by the nanostructure so as to express the desired effect. However, siRNA and its chemical derivatives, oligonucleotides, Polynucleotides, small molecules, and drugs, and more preferably siRNA and its chemical derivatives, anticancer agents, contrast agents, etc., or drugs such as mitonafide, amonafide, bisnaphthalimide, Ellipticine, 9-methoxyellipticine, Ditercalinium, daunomycin, ametantrone, mitoxantrone, doxorubicin, adriamycin, echinomycin, Benzimidazo [ 2-c] quinazoline and imidazodiquinolinium cation naphthalimides. It may be an anticancer drug. Also particularly particularly preferred are 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. "DNA nanostructure" and "RNA nanostructure" according to the present invention can efficiently transfer the active material into cells by loading the sequence directly into the sequence or by including the activator such as siRNA directly into the sequence .
또한 본 발명은 상기와 같이 제조된 DNA 나노구조체에 활성제를 로딩시켜 체내 또는 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for transferring an active agent into a DNA nanostructure prepared as described above, into a body or cells.
또한 본 발명은 상기와 같이 제조된 RNA 나노구조체를 체내 또는 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for delivering the RNA nanostructure thus prepared 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. The intracellular or intracellular delivery according to the present invention enables the active agent, preferably siRNA, to be efficiently delivered into cells, and silencing the target gene can achieve such goals as the treatment of diseases.
이상 본 명세서에 기재된 수치값은 달리 명시되어 있지 않은 한 균등범위까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다. The numerical values set forth herein should be construed to cover equivalent ranges unless otherwise indicated.
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, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.
실시예 1. DNA 나노구조체 대량 생산방법 1 및 활용Example 1.
1.1 원형 DNA 주형가닥의 제조 1.1 Preparation of circular DNA template strands
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 DNA single strand used as a template is shown in SEQ ID NO: 1. The template DNA strand is composed of 159 nucleotides and has a phosphate group at the 5 'end and an OH group at the 3' end in order to be linked in a circular form. The template DNA strands each contain a primer binding sequence and a restriction enzyme recognition site that the primer can recognize. 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]
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, a total of three primers can be bound to the underlined portion at the position where the primer binds, and the place recognized by the pstI restriction enzyme is shown in gray shade. In order to make the linear DNA template a circular DNA template, 40 pmole of DNA template and 120 pmol of primer (SEQ ID NO: 2) were mixed with 36 μL of 1x reaction buffer (50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, (5 min) to 10 ° C at a rate of -1.5 ° C / s using a thermal cycler (Bio-Rad, T100 ™). (New England Biolabs, NEB) was added and incubated at 20 ° C for 12 hours to form a single-stranded DNA template as a circular template, which was a 5'-terminal phosphate and 3'-terminal OH group was formed while forming the phosphoric acid ester group, and then the enzyme was inactivated by heating at 0 ° C for 10 minutes, and the resulting product was used as a template for nucleic acid infinite replication reaction.
1.2 원형 DNA 주형가닥을 이용한 핵산 무한복제 1.2 Infinite replication of nucleic acid using circular DNA template strand
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 dissolved in 4 μL of 10 × reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.5), 500 mM KCl, 100 mM MgCl 2 , 50 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , DTT), 25 μL 25 mM dNTPs, 3 μL DEPC-treated deionized water and 3 μL RepliPHITM phi29 DNA polymerase (100 U / μL) (Epicenter Technologies Corporation, Madison). The mixture was incubated at 30 ° C for 18 hours to allow the enzyme to infinitely replicate complementary DNA strands from the circular DNA template strand. Amplification occurs from the 3 'end of each primer and repeats units complementary to the DNA template. The reaction was then terminated by heating at 80 ° C for 20 minutes.
1.3 위치 특이적 절단 및 자가조립을 이용한 DNA 나노 구조체의 제조1.3 Preparation of DNA nanostructures using position-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 the desired strand in the synthesized DNA strand produced through the amplification process of 1.2 above. The site-specific cleavage was carried out by allowing the restriction enzyme to recognize and cleave restriction sites present in the cloned DNA sequence, and more specifically, the following. 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- mu] L PstI restriction enzyme (30 U / [mu] L) and incubated at 37 [deg.] C for 15 hours. PstI restriction enzyme recognizes 5'-CTGCAG-3 'at the restriction site (palindromic) in the amplified strand or between the strand and the restriction site inserted in the DNA template. A single stranded polynucleotide strand population consisting of three strands was generated. Such PstI restriction enzyme recognition can facilitate cleavage without additional helper strand. The enzyme was then inactivated by heating at 95 ° C for 10 minutes to gradually deactivate the enzyme at 95 ° C to 10 ° C at a rate of -0.5 ° C per minute so that the cleaved strands were self- And a Y-shaped DNA nanostructure having a 5'-overhang sticky end. Such a DNA nanostructure having a protruding adhesive end has an advantage of loading a sequence complementary to the corresponding exposed sequence region and a conjugate of a transferring material, and thus can be usefully used for the delivery of drugs such as siRNA. An example of such utilization is shown in Fig.
상기와 같은 DNA 나노 구조체 제조 방법을 도 2 에 간략하게 도식화하였다. The DNA nanostructure production method is schematically illustrated in FIG.
1.4 제조된 Y 형태 DNA 나노구조체의 정제 및 확인 1.4 Purification and identification of the prepared Y-form DNA nanostructures
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.For purification of the resulting Y-shaped DNA nanostructures, 25 μL of 10 × loading dye was added to a Y-shaped DNA nanostructure (80 μL), and the plate was washed with 1 × Tris-borate-EDTA (TBE)
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 identified by 10% PAGE in 1 × Tris-borate-EDTA (TBE) buffer at room temperature. The gels were 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.
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, 10% PAGE analysis revealed that DNA synthesis and amplification occurred at each step of the reaction, and finally a Y-shaped DNA nanostructure was formed. In the
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 selective analysis were performed to analyze the morphology of self - assembled Y - shaped nanostructures. 1 μL AFM sample (1 μM) was dissolved in 30 μL buffer (40 mM HEPES-HCl (pH 7) and 10 mM NiCl 2 ) and one slice of mica (Pelco Mica sheets, Ted Pella Corp.) He gave me. After 30 min incubation, the surface of mica was rinsed with DEPC-treated deionized water (DW) and immediately dried with nitrogen gas. Then, images were obtained using NC-NCH tip (Park Systems Corp. Korea) in non-contact mode of Park NX-10 ADM (Park Systems Corp. Korea).
결과를 도 4에 나타내었다. The results are shown in Fig.
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 long-amplified single-stranded DNA amplification products and self-assembled Y-shaped nanostructures in the AFM image and selection analysis were clearly identified, and the Y- The formation of nanostructures was visually confirmed. Fig. 4a shows the product amplified by pI 29 DNA polymerase, and the height of the amplified strand was about 0.45 nm, confirming that the amplified product was a single strand. Fig. 4 (b) shows a Y-shaped DNA nanostructure formed by cleavage and self-assembly of the amplified product. The shape of dispersed nano-sized spheres was observed, and the measured height was about 1.04 nm, , That is, a double-stranded nucleic acid structure.
1.5. 증폭지수와 Y 형태 나노구조체 생성지수 확인 1.5. Identification of amplification index and Y-shaped nanostructure formation 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 above 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
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 resulting precipitate was dissolved in 40 μL DEPC-treated DW. 1 μL of this solution was diluted 50 times and OD260 was measured at 1 cm path length. The result was 3.78. The extinction coefficient of the Y-form DNA template is 1,414,900 L / mole · cm, and the concentration of the amplified product based on the Beer-Lamber method is calculated as follows. OD260 (3.78) /Ext.Coefficient (1,414,900 L / mole.cm) x path length (1 cm) = 2.67 [mu] M. The final amount of product amplified 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 1068-fold complementary DNA strands were amplified from the 5 pmole DNA template, and its amplification index was 1068. In order to quantify the yield of self-assembled Y-form DNA, a cut / self-assembly process was performed at 80 ° C using a 5340 pmole amplification product. When 1 μL (66.75 pmoles) was lowered to 10% PAGE, the intensity of the band expected to be Y-form DNA in the Image Lab software (Bio-Rad) was measured as 19.2%. The final yield of the Y-form DNA nanostructure from the 5 pmole Y-form DNA template was 1125.28 pmoles (66.75 pmole x 0.214 x 80). Therefore, its production 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, DNAs having a number of amplifications of 1068 and a generation index of 205.1 were synthesized from a DNA template. Thus, 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 Application of 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 binding the purified Y-form DNA nanostructure prepared in Examples 1.1 to 1.4 with the siRNA-FA conjugate. The siRNA-FA conjugate can be prepared according 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 Respectively. The siRNAs used were sense GFP and antisense GFP siRNA, respectively.
-안티센스GFP siRNA: - Antisense GFP 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 added to a 1: 3 molar ratio of Y-type DNA nanostructure and siRNA-FA conjugate in 1X phosphate buffered saline (PBS) for 2 hours at room temperature to obtain a Y-type DNA nanostructure A Y-form DNA / FA-siRNA nanostructure with FA-siRNA bound at the protruding sticky end was prepared. In order to confirm that the prepared Y-form DNA / FA-siRNA nanostructures can serve as a transporter to effectively deliver 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.Were cultured in RPMI medium (10% FBS, 1% Glutamax) free of folic acid for at least one week to overexpress folic acid reporter in GFP-overexpressed KB cells (GFP-KB cells). For confirmation of gene silencing effect, GFP-KB cells were plated on a 6-well culture plate at a concentration of 3.0 x 105 cells / well. After culturing for 24 hours, Y-type DNA / FA-siRNA nanostructured samples with siRNA binding to Y-type nanostructures were seeded onto normal growth medium containing 10% serum for 24 hours at 50 and 100 nM on the basis of siRNA Respectively. The GFP expression level of GFP-KB cells was measured by FACSCalibur system (BD biosciences) and the silencing effect of GFP gene was analyzed using flowJo program. Fluorescence images of cells treated with untreated cells (negative control) and Y-form DNA / FA-siRNA nanostructures (100 nM) were obtained on a
결과를 도 5에 나타내었다. The results are shown in Fig.
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 Figure 5a, Y-type DNA / FA-siRNA nanostructures hybridized in
실시예 2. DNA 나노구조체 대량 생산방법 2. Example 2. Mass production method of
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 by DNA amplification. As a DNA template for amplification, unlike Example 1, a total of three DNA strands, i.e., Y1, Y2, and Y3, which were not single single strand DNAs, were used as templates, and the sequence information of the template used was as follows. Also, each template strand is shown in SEQ ID NOS: 3-5.
[표 2][Table 2]
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. The primer binding sites in the sequence are indicated by underlined letters, and the pstI restriction enzyme recognition sequence is indicated by shading. As can be seen from the above, each of the DNA template sequences Y1 to Y3 contains the 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. The three template strands were amplified in the same manner as in Example 1, respectively, in separate tubes. Namely, for each of the sequences, a primer of SEQ ID NO: 2 was hybridized, and then a circular template was prepared using T4 DNA ligase in the same manner as in Example 1. Thereafter, amplification using pie 29 DNA polymerase was performed according to the method using the same reagents and conditions as in Example 1.2. DNA was amplified from the 3 'end of each primer and an amplification product was generated in which the unit complementary to the Y-DNA template was repeated. The restriction positions inserted in the DNA template between the amplified strand and the strand 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 thus formed cross-section structure was performed in the same manner as in Example 1.3. A single-stranded polynucleotide population was generated in each tube by recognizing and cleaving restriction enzyme recognition sites of pstI, which is a population of polynucleotides for each of the Y1, Y2, and Y3 template sequences. Thus, unlike the method of Example 1, a population of Y1, Y2, Y3 polynucleotides generated without self-assembly between amplified single-stranded polynucleotides was purified in the same manner as in Example 1.4. The resulting three polynucleotides were mixed at the same molar concentration and hybridized to finally obtain a Y-shaped DNA nanostructure with 20 nt protruding sticky ends. A method for producing a Y-shaped DNA nanostructure by DNA amplification is shown in FIG.
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. In the amplification method using the three templates, there is no part forming a sequence bond in addition to the PstI recognition site in the circular template, so that the energy consumption in the amplification process by Pie 29 polymerase is reduced, The production efficiency of the Y-shaped DNA nanostructure can be ultimately increased.
*2.2 제조된 Y 형태 DNA 나노구조체의 확인 2.2 Identification of the prepared Y-shaped DNA nanostructures
2.1의 방법으로 증폭되어 제조된 Y형태 DNA 나노구조체가 실제로 반응산물을 형성하는지 여부를 확인하기 위하여 실시예 1과 동일하게 10% PAGE 분석을 수행하였다. 10% PAGE analysis was carried out in the same manner as in Example 1 to confirm whether the Y-form DNA nanostructures amplified by the method 2.1 actually formed a reaction product.
결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다. The results are shown in Fig. 7 and Fig.
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 that a circular DNA was formed in the single stranded DNA template Y1, Y2, and Y3 as the reaction proceeded, and band changes were observed in both amplification and cleavage steps. After the cleavage process, it was found that the same DNA as the template was amplified through the appearance of a band formed at a position similar to the single stranded DNA template. In the result of FIG. 8 in which a Y-shaped DNA nanostructure was actually formed after hybridizing Y1, Y2, and Y3 by purifying an amplification product formed at a position similar to the single stranded DNA template identified in FIG. 7, Y1 + Y2 and Y2 + Y3, Y1 + Y3, and Y1 + Y2 + Y3. In particular, the positions of the bands representing Y-shaped DNA nanostructures hybridized with Y1 + Y2 + Y3 are the same as those of the single-stranded DNA template identified in Example 1 and the self-assembled Y-shaped nanostructures amplified therefrom, Template or amplified DNA. From the above results, it can be seen that the amplification of the target nucleic acid was effectively performed according to the method of Example 2.1.
실시예 3. RNA 나노구조체 대량 생산방법 1Example 3 Mass Production of
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. In order to mass-produce RNA, 68 nt units of S1, S2 and S3 strands were used as templates. Specific DNA unit sequences are shown in Table 3 below.
[표 3][Table 3]
(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:
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, and S3 are shown in SEQ ID NOS: 6 to 8, respectively. The positions where the primers bind are indicated by underlines, and sequences complementary to the amplified RNA strand sequences recognized by the 18 nt DNA helper Lt; / RTI > Among the used templates,
[표 4][Table 4]
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. The DNA template for amplification is composed of three S1, S2, and S3 strands hybridized to each other to form a hairpin loop structure, and the specific form of the template and the sequence diagram thereof are shown in FIG. As shown in FIG. 9, a DNA template used as a template has three nicks, and a 5 'phosphate and 3'-OH terminus exists to form a circular form by T4 DNA ligase . In addition, the T7 promoter sequence was located in the loop portion formed, and the structure itself, in which the siRNA sequence was located in each of the three arm portions, was amplified without additional siRNA loading, was designed to function as an siRNA transporter . The manufacturing process of the specific product is as follows. First, 20 pmoles of three 68-nt single-stranded DNAs S1, S2 and S3 with phosphate groups and 30 pmoles of primers were added to 10 μl of 10x Buffer for T4 DNA Ligase with 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl, pH 7.5, 100 mM MgCl 2 , 100 mM DTT, and 10 mM ATP) and 13 μL DEPC-treated deionized water (DW) at 95 ° C for 2 minutes at a rate of -1.0 ° C / s using a thermal cycler (Bio- Rad T100 ™) To 10 < 0 > C to hybridize the three template strands with the primer. After hybridization, 1 μL of T4 DNA ligase (400 U / μL) is added and incubated in a thermal cycler at 25 ° C. for 1 hour to round out the linear template DNA. Heat the reaction at 65 ° C for 10 minutes to inactivate the enzyme and terminate the reaction. The product is used for the next nucleic acid infinite replication reaction.
3.2 원형 DNA 주형가닥을 이용한 핵산 무한전사 3.2 Nucleic acid infinite transcription 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. The 10 μL circular DNA template strand prepared in 3.1 was dissolved in 2 μL 10x RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60
3.3 위치 특이적 절단 및 자가조립을 이용한 RNA 나노 구조체의 제조3.3 Preparation of RNA Nanostructures by 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 mixed with 3 μL 10X RNase H reaction buffer (750 mM KCl, 500 mM Tris-HCl (pH 8.3), 30
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-shaped RNA nanostructure as described above is schematically illustrated in FIG. 10, and the respective parameters and conditions for the experimental steps used are summarized in Table 5 below.
[표 5][Table 5]
3.3 제조된 Y 형태 RNA 나노구조체의 정제 및 확인 3.3 Purification and Identification of Y-shaped RNA Nanostructures Prepared
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-shaped RNA nanostructure was purified and confirmed. The gel was stained with GelRed ™ (Biotium) and gel image was obtained with Gel Doc ™ EZ (Bio-Rad) at room temperature. The gel was confirmed by 5% PAGE in 1 × Tris-borate-EDTA buffer solution. Other specific conditions and methods were the same as those used in Example 1.4.
결과를 도 11에 나타내었다. The results are shown in Fig.
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-form DNA template to which S1 + S2 + S3 was linked was formed in
3.4 Y 형태 RNA 나노구조체 증폭 지수 확인3.4 Identification of amplification index of Y type RNA nanostructure
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. Amplified strands from the product were obtained by precipitation with isopropanol. Specifically, 40 μL of the RCT product (40 μL) in the PCR tube was transferred to a 1.7 mL ep tube, and 40 μL of 5 mM ammonium acetate and 500 μL of isopropanol (99.8%) solution were added and left in the freezer (-5 ° C.) for 20 minutes Respectively. Centrifugation at 13000 rpm for 10 minutes at 4 ° C using a centrifuge (Eppendorf, 5415 R) results in a pallet submerged on the bottom. After removing the supernatant, the supernatant was removed and 500 μL of 70% ethanol was added. The supernatant was centrifuged at 13000 rpm for 10 minutes at 4 ° C without mixing. The supernatant was removed except for the precipitate, and the precipitate was completely dried for 15 minutes while centrifuging at 1500 rpm using a speed vacuum pump (Scanvac). The resulting precipitate was dissolved in 30 μL DEPC-treated DW. 1 μL of this solution was diluted 10 times and OD260 was measured by Nanodrop (IMPLEN) at 1 mm path length. The result was 2.193. The extinction coefficient of the amplified RNA was 2,653,200 L / mole · cm, and the concentration of the amplified product based on the Beer-Lamber method was calculated as follows. OD260 (2.193) /Ext.Coefficient (2,653,200 L / mole.cm) x path length (0.1 cm) = 8.26 [mu] M. The final amount of 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. These results indicate that Y-form RNA nanostructures containing siRNA can be efficiently transcribed and amplified from DNA templates using the method of the present invention.
실시예 4. RNA 나노구조체 대량 생산방법 2Example 4. Mass production method of
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. Samples Nos. 6 to 8 were used as the DNA strands, namely, S1, S2, and S3 (total of three DNA strands), but these three sequences were complementary to Y- , But each of the sequences was subjected to a circular template to perform amplification of individual S1, S2 and S3 sequences and to hybridize them. More specifically:
4.1 원형 DNA 주형의 제조4.1 Preparation of circular DNA template
원형 DNA 주형은 다음 두가지 방법 중 어느 것으로든 수행할 수 있다. The circular DNA template can be performed in either of 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 a first method, a method using T4 DNA ligase was used. 20 pmole of 68 nt single stranded template DNA S1, S2, S3 with phosphate at the 5 'end and 20 pmole of the primer were added to 2 μl of 10x T4 DNA ligase buffer (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2 (2 min) at a rate of -1.5 [deg.] C / s using a thermal cycler (Bio-Rad T100) on 14 μL DEPC-treated deionized water Deg.] C, and three template strands and primers were hybridized in PCR tubes, respectively. After hybridization, 1 μL of T4 DNA ligase (400 U / μL) was added and incubated in a thermal cycler at 25 ° C for 1 hour to produce linear template DNA. The enzyme was inactivated by heating at 65 ° C for 10 minutes.
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. 20 pmole of 68 nt single stranded DNA template S1, S2, S3 with phosphate at the 5 'end was added to 2 μL CircLigase ™ 10X reaction buffer (0.5 M MOPS (pH 7.5), 0.1 M KCl, 50 mM MgCl 2 , and 10 mM DTT), 1 μL of CircLigase ™ ssDNA ligase (100 U / μL) was added to 1
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. To remove the unreacted linear DNA strand and use only the circular DNA template for subsequent reactions, 10 μL of the resulting circular template was mixed with 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 (20 U / μL). This mixture was incubated in a thermal cycler at 37 ° C for 1 hour to break down linear DNA strands that were not circular. Then, the reaction was terminated by heating at 80 ° C for 20 minutes to remove the linear DNA, leaving only a circular DNA template.
4.2 원형 DNA 주형가닥의 핵산 무한 전사4.2 Nucleic acid infinite transcription of 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. The 10 μL circular DNA template strand produced by the method using T4 DNA ligase was digested with 2 μL of 10 × RNAPol reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60
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. 5 pmole primer (SEQ ID NO: 10) was added to 5 pmole of the 10 μL circular DNA template strand produced by the method using Circligase ™ ssDNA ligase, followed by hybridization with 2 μL of 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 ). A mixture of the circular DNA template and the T7 RNA polymerase was incubated in a thermal cycler at 37 ° C for 3 hours, and a T7 RNA polymerase was ligated from the 3 'end of the primer with a RNA strand complementary to the circular DNA template strand Amplified. This process was performed by a rolling circle transcription (RCT) method. Heat is then applied at 65 DEG 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 position-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 mixed with 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 ). Sonication was performed for 3 minutes using an ultrasonic generator (BRANSON 5510) and vortex (GILSON®, GVLab®) and spin down (Cole-Parmer, Personal Microcentrifuge) Repeatedly, the amplified RNA strands were loosened so that the DNA helper sticks well. The amplified RNA strand and DNA helper were then hybridized by adding 300 pmole 18 nt DNA helper and decreasing the temperature from 95 ° C (2 min) to 10 ° C at a rate of -1.5 ° C / s with a thermal cycler. Then, RNase H (5 U / μL) is added and incubated in a thermal cycler at 37 ° C for 10 hours to cut RNA strands in the RNA / DNA double strand. The RNA strands amplified by this cleavage were first cleaved into the template units S1, S2, S3, forming a single stranded polynucleotide population. After that, heat is applied at 65 ° C for 20 minutes to inactivate the enzyme. The truncated strand products were hybridized at a volume ratio of 1: 1: 1 in 0.5 μL and 8.5 μL in 1 × phosphate buffer (PBS) at a rate of 1.5 ° C./min to reduce the temperature from 95 ° C. to 10 ° C., Respectively.
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 above Y-shaped RNA nanostructure amplification method is schematically illustrated in FIG. 12 (circligase) and FIG. 12 (T4 DNA ligase), and experimental parameters and conditions used for each step are summarized in Table 6 below.
[표 6][Table 6]
4.4 Y RNA 나노 구조체의 정제 및 확인 4.4 Purification and Identification of Y RNA Nanostructures
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 that Y RNA nanostructures were formed according to the method of the present invention. This was confirmed by 1 × Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10% PAGE at room temperature. The gel was stained with GelRed ™ (Biotium) and images were obtained with Gel Doc ™ EZ (Bio-Rad). Other specific conditions and methods were the same as those used in Example 1.4.
결과를 도 13에 나타내었다. The results are shown in Fig.
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. 13 shows the reaction process according to the method (A) for producing a template using T4 ligase and the method (B) for producing a template using circligase, respectively. As can be seen from FIG. 14A, the formation of a circular DNA template by circularization is confirmed in the corresponding lanes, and it is confirmed that RNA strands corresponding to S1, S2, and S3 DNA templates are amplified and formed do. It was also confirmed that each truncated RNA strand forms a band of cS1 + cS2 + cS3, which is a hybridized form of S1, S2, S3 cut through hybridization. Similarly, as can be seen from FIG. 14B, it was confirmed that a band of cS1 + cS2 + cS3 was finally formed also 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 Method for mass production of RNA nanostructure 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-shaped RNA nanostructures were produced in large quantities. 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. 198 nt single stranded DNA was used as a template for mass production of RNA. The specific DNA sequences, primers and 9 nt helper are shown in Table 7 below.
[표 7][Table 7]
(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:
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 phosphate 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 positions at which the primers bind are underlined and the sequence complementary to the amplified RNA strand sequences recognized by the 9 nt DNA helper is shaded. The portion indicated in bold in the 9nt DNA helper corresponds to the 2'-O-methylated portion. The template used was an antisense-RFP (R '), a sense-GFP (G), an antisense-GFP (G'), a sense-Luc (L), an antisense- . 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 were purchased 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 pmole of the 198 nt single-stranded template and 240 pmole of the primer were mixed with 2 μL of 10 × buffer and 10 mM ATP (500 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl 2 , 100 mM DTT, and 10 μL of T4 DNA ligase The temperature was decreased from 95 ° C (2 min) to 10 ° C at a rate of -1.0 ° C / s using a thermal cycler (Bio-Rad T100 ™) on a single-stranded template (ATP-ATP) to hybridize the single-stranded template with the primer. After hybridization, 2 μL of T4 DNA ligase (50 U / μL) was added and incubated in a thermal cycler at 25 ° C for 1 hour to form linear template DNA. The reaction was terminated by inactivating the enzyme by heating at 65 ° C for 10 minutes.
5.2 원형 DNA 5.2 Circular DNA 주형가닥의Mold strand 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 DNA template strand round the 2 μL RNAPol 10x reaction buffer (400 mM Tris-HCl (pH 7.9), 60
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 is not removed, the DNA template strand acts as a helper in the RNaseH treatment step, and the amplified RNA may be destroyed.
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
5.4 5.4 9nt9nt 2’-O- 2'-O- 메틸methyl 헬퍼helper 혼성화Hybridization 및 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 °C/min이 속도로 95℃에서 10℃로 온도를 감소시킴으로써 잘려진 RNA 가닥간의 자가조립이 이루어지도록 하였다.DNaseI product (40 μL) was added to 8
상기와 같은 Y형태 RNA 나노구조체 증폭 방법을 도 14에 도식화하였으며, 각 단계별로 사용된 실험 변수 및 조건들을 하기 표 8에 정리하여 나타내었다. The above-described Y-shaped RNA nanostructure amplification method is illustrated in FIG. 14, and experimental variables and conditions used for each step are summarized in Table 8 below.
[표 8][Table 8]
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 used DNA helper is different. The 2'-O-methyl DNA helper used in the above method can hybridize more stably with the RNA strand because the 2'-O-methyl substituted portion is not truncated by RNaseH. In this method, a 9 nt DNA helper (5'- TAA TAC GAC- 3, bolded methylated portion) was used, and a DNA helper of 12 nt or 18 nt in length could also be used.
5.5 Y 형태 RNA 나노 구조체의 정제 및 확인 5.5 Purification and identification of Y-shaped 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 that Y-form RNA nanostructures were formed according to the method of the present invention. This was confirmed by 1 × Tris-borate-EDTA (TBE) buffers 10% PAGE at room temperature. The gel was stained with GelRed ™ (Biotium) and images were obtained with Gel Doc ™ EZ (Bio-Rad). Other specific conditions and methods were the same as those used in Example 1.4.
결과를 도 15에 나타내었다. The results are shown in Fig.
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
5.6 Y 형태 RNA 나노 구조체의 유전자 침묵 효과 확인5.6 Identification of gene silencing effects of Y-shaped RNA nanostructures
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-overexpressed 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 6-well concentration of 3.0 × 10 on a culture plate 5 cells / well. After incubation for 24 hours, 10 nM of the Y-RNA nanostructures produced in 5.5 were mixed with lipofectamine RNAiMAX in the normal growth medium containing 10% serum, and treated for 24 hours , And the positive control group was treated with double-stranded GFP siRNA for 24 hours after complexing with lipofectamine RNAiMAX.
GFP-KB 세포의 GFP 발현 정도는 FACSCalibur system (BD biosciences)으로 측정하였고, GFP 유전자 침묵효과는 flowJo program을 사용하여 분석하였다. The GFP expression level of GFP-KB cells was measured by FACSCalibur system (BD biosciences), and the silencing effect of GFP gene was analyzed using 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 Fig. As a result of the positive control group on the left side of FIG. 16, it can be seen that a silencing effect of about 63% is exhibited for GFP. The right side of FIG. 16 is the result for the experimental group, showing a silencing effect of about 27%.
<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 <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 that in drug delivery systems <130> P14-091-REA-EWHA <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)
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 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) A polynucleotide to which K unit sequences represented by (PM k -N k ) to (PM (Kn) -N (Kn) ) are ligated is treated with an DNA ligase to form a circular DNA template Producing;
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 an amplified sequence group; And
4) obtaining a DNA nanostructure through self assembly of the amplified sequence group; and mass-producing 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}})
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}})
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 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) A K DNA unit represented by (Pr-M k -N k ) to (Pr-M (Kn) -N (Kn) ) is treated with an DNA ligase to form a circular DNA template Producing;
2) obtaining an amplified RNA product in which a circular DNA template is treated with an RNA polymerase to repeat a sequence complementary to the unit sequence of the template DNA;
3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form a double strand of DNA / RNA;
4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain a sequence mixture complementary to the unit sequence; And
5) amplifying the amplified unit sequence to obtain an RNA nanostructure through self assembly of the unit sequences in the complementary sequence mixture; and mass-producing 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}})
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}})
21. The method of claim 20, wherein the DNA helper is 2'-O-methylated with one to six nucleotides each from the 3'end and the 5'end.
2) 상기 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 산물을 얻는 단계;
3) 상기 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 방법.
(여기에서 P는 제한효소 인식 부위를 포함하는 프라이머 결합 서열이고,
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 상보적이고,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
1) (P-first part - second part) is ligated with an DNA ligase to form a circular DNA having the 5 'end and the 3' end of the polynucleotide linked to each other Producing a mold;
2) treating the circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplification product by RCA (Rolling Circle Amplification);
3) digesting 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; and mass-producing the DNA nanostructure.
(Wherein P is a primer binding sequence comprising a restriction enzyme recognition site,
The second portion of any one of the unit sequences other than the first unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first portion of the other unit sequence linked to the 3' end of the unit sequence , The second portion of the first unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first portion of the first unit sequence located at the 5' end of the polynucleotide,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
2) 상기 각각의 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 산물을 얻는 단계;
3) 상기 증폭 산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 K 개의 서열 집단을 얻는 단계; 및
4) 상기 K 개의 서열집단을 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,
어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이며,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
1) (P-first part-second part) are treated with DNA ligase to prepare K circular DNA templates each having a 5 'end and a 3' end linked to each unit sequence step;
2) treating each of the circular DNA templates with DNA polymerase to obtain an amplified product by RCA (Rolling Circle Amplification);
3) digesting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain amplified K sequence groups; And
4) mixing the K sequence groups and obtaining DNA nanostructures through self assembly of the sequences.
(Wherein P is a primer binding sequence comprising a restriction enzyme recognition site,
The second portion of any one unitary sequence is complementary to the first portion of the other unitary sequence,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
2) 상기 DNA 주형을 DNA 리가아제로 처리하여 각각의 닉이 연결된 원형 DNA 주형을 제조하는 단계;
3) 상기 원형 DNA 주형에 DNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 산물을 얻는 단계;
4) 상기 증폭산물에 형성된 제한효소 인식부위를 제한효소로 절단하여 증폭된 서열 집단을 얻는 단계; 및
5) 증폭된 서열집단의 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,
어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이며,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)1) (P - first part - second part) and combining the complementary parts with each other to produce K DNA nicks;
2) treating the DNA template with an DNA ligase to prepare a circular DNA template having nicks connected thereto;
3) treating the circular DNA template with a DNA polymerase to obtain an amplified product by RCA (Rolling Circle Amplification);
4) digesting the restriction enzyme recognition site formed in the amplification product with a restriction enzyme to obtain an amplified sequence group; And
5) obtaining a DNA nanostructure through self assembly of the amplified sequence group; and mass production of the DNA nanostructure.
(Wherein P is a primer binding sequence comprising a restriction enzyme recognition site,
The second portion of any one unitary sequence is complementary to the first portion of the other unitary sequence,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
2) 상기 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 RNA 산물을 얻는 단계;
3) 상기 증폭 RNA 산물에 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계;
4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 증폭된 서열 집단을 얻는 단계; 및
5) 증폭된 서열집단의 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법.
(여기에서 핵산은 DNA 또는 RNA이고,
Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며,
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 상보적이고,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
1) (Pr - first part - second part) is ligated with an DNA ligase to prepare a circular DNA (SEQ ID NO: 2) linked with the 5 'end and the 3' end of the polynucleotide Producing a mold;
2) treating the circular DNA template with RNA polymerase to obtain an amplified RNA product by RCA (Rolling Circle Amplification);
3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form double strands of DNA / RNA;
4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain an amplified sequence group; And
5) obtaining an RNA nanostructure through self assembly of the amplified sequence group; and mass-producing the RNA nanostructure.
(Wherein the nucleic acid is DNA or RNA,
Pr is a promoter sequence of an RNA polymerase recognized by an RNA polymerase,
The second portion of any one of the unit sequences other than the first unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first portion of the other unit sequence linked to the 3' end of the unit sequence , The second portion of the first unit sequence located at the 3 'end of the polynucleotide is complementary to the first portion of the first unit sequence located at the 5' end of the polynucleotide,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
2) 상기 각각의 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 RNA 산물을 얻는 단계;
3) 상기 증폭 RNA 산물에 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계;
4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 증폭된 K 개의 서열 집단을 얻는 단계; 및
5) 상기 K 개의 서열집단을 혼합하고, 서열 간 자가조립(self assembly)을 통해 RNA 나노 구조체를 얻는 단계;를 포함하는 RNA 나노구조체의 대량 생산 방법.
(Pr은 RNA 폴리머라아제가 인식하는 RNA 폴리머라아제의 프로모터 서열이며,
어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이며,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
1) (Pr-first part-second part) are treated with DNA ligase to prepare K circular DNA templates each having a 5 'terminal and a 3' terminal terminal connected to each other step;
2) treating each of the circular DNA templates with RNA polymerase to obtain an amplified RNA product by RCA (Rolling Circle Amplification);
3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form double strands of DNA / RNA;
4) cleaving DNA / RNA double strand with RNase H to obtain amplified K sequence groups; And
5) mixing the K sequence groups and obtaining RNA nanostructures through self-assembly of the sequences; and mass production of the RNA nanostructures.
(Pr is a promoter sequence of an RNA polymerase recognized by an RNA polymerase,
The second portion of any one unitary sequence is complementary to the first portion of the other unitary sequence,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
2) 상기 DNA 주형을 DNA 리가아제로 처리하여 각각의 닉이 연결된 원형 DNA 주형을 제조하는 단계;
2) 상기 원형 DNA 주형에 RNA 폴리머라아제를 처리하여 RCA(Rolling Circle Amplication)에 의하여 증폭 RNA 산물을 얻는 단계;
3) 상기 증폭 RNA 산물에 DNA 헬퍼(helper) 서열을 첨가하여 DNA/RNA 이중 가닥을 형성시키는 단계;
4) DNA/RNA 이중가닥을 RNase H로 절단하여, 증폭된 서열 집단을 얻는 단계; 및
5) 증폭된 서열집단의 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,
어느 하나의 단위 서열의 제2부분은 다른 하나의 단위 서열의 제1부분과 서로 상보적이며,
각 단위 서열의 제1부분과 제2부분은 3 내지 300nt 길이의 단일가닥 DNA 서열이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
1) (Pr - first part - second part) and combining the complementary parts with each other to produce K DNA nicks;
2) treating the DNA template with an DNA ligase to prepare a circular DNA template having nicks connected thereto;
2) treating the circular DNA template with RNA polymerase to obtain an amplified RNA product by RCA (Rolling Circle Amplification);
3) adding a DNA helper sequence to the amplified RNA product to form double strands of DNA / RNA;
4) cleaving the double strand of DNA / RNA with RNase H to obtain an amplified sequence group; And
5) obtaining an RNA nanostructure through self assembly of the amplified sequence group; and mass-producing the RNA nanostructure.
(Wherein Pr is a promoter sequence of an RNA polymerase recognized by an RNA polymerase,
The second portion of any one unitary sequence is complementary to the first portion of the other unitary sequence,
The first and second portions of each unit sequence are single stranded DNA sequences 3 to 300 nt in length,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
각 가지는 이중가닥 핵산을 포함하고,
각 가지 말단에 단일가닥 핵산이 존재하는 핵산 나노구조체.
(상기 핵산은 DNA 또는 RNA이고,
각 가지는 3 내지 300 nt 길이이고,
K는 3≤K≤90 이하의 정수이다.)
A nucleic acid nanostructure having K branches extending radially,
Each branch comprising a double-stranded nucleic acid,
A nucleic acid nanostructure in which a single stranded nucleic acid is present at each branch end.
(The nucleic acid is DNA or RNA,
Each branch is 3 to 300 nt long,
K is an integer equal to or smaller than 3? K?
상기 핵산 나노구조체는 Y 형태를 이루는 나노구조체.
31. The method of claim 30, wherein K is 3,
Wherein the nucleic acid nanostructure is a Y-shaped nanostructure.
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