KR20160079126A - 효소를 통한 l-핵산의 합성 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 효소적 활성을 나타내는 부위(enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 존재하에서 상기 제1 L-핵산과 상기 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 반응시키는 단계를 포함하고 상기 돌연변이 효소적 활성은 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있으며,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열을 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이며,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 것이며 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 한 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 아미노산 서열과 다른 것이며, 및/또는
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산의 절단된 형태인 것이며, 및
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 한 아미노산 서열과 다른 것인, 방법.

Description

효소를 통한 L-핵산의 합성{Synthesis of L-nucleic acids by means of an enzyme}
본 발명은 각각 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법, 타겟 L-핵산을 증폭시키는 방법, 효소적 활성을 나타내는 부위(enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질, 아미노산 서열의 아미노산이 D-아미노산인 아미노산 서열을 포함하는 중합효소들, 서열번호 15의 아미노산 서열로 구성되는 야생형 중합효소의 중합효소 변이체(variant), 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법에서 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 용도, 타겟 L-핵산을 증폭시키는 방법에서 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 용도, L-핵산 분자에 결합하는 타겟 분자를 동정(identification)하는 방법 및 중합효소 및 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다.
넓은 의미에서 유전자 공학의 유용성은 지난 수십 년 동안 기초 연구 분야뿐만 아니라 의약품 및 진단 분야의 진전에 크게 기여하였다. 유전자 기술이 제공하는 합성의 위력은 화학적 합성 중의 하나를 넘어섰다. 특히, 유전자 기술 및 유전 공학은 원핵 및 진핵 세포의 효소적 시스템을 이용하여 L-펩타이드 및 L 단백질이 사실상 무제한적으로 생산되도록 한다. 효소 및 중합효소, 특히, 야생형 또는 이와 같은 야생형의 변이체는, 최소 합리적인 수율이 아닌 화학적 합성에 의해 달성될 수 있는 길이까지 D-핵산, 즉 D-뉴클레오티드와 같은 빌딩 블록(building blocks)을 연결하여 D-핵산이 합성되도록 한다.
키랄(chiral) 특이성으로 인해, 유전자 기술에 이용되는 효소는 각각 자신의 키랄과 맞는 키랄을 가지는 빌딩 블록과 기질만을 이용할 수 있다. 반대 키랄성(opposite chirality)의 각각의 빌딩 블록 및 기질은 효소의 활성에 이용될 수 없다. 또한, 키랄 상호성의 원칙에 의해, 반대 키랄성의 각각의 빌딩 블록 및 기질의 처리 과정은 반대 키랄성을 갖는 효소를 필요로 한다.
키랄 상호성의 원리는, 예를 들면, 스피에겔머(spiegelmers)로 알려지고 지칭되는 타겟 결합 L-핵산의 생성에 집중적으로 이용된다. 지금까지 스피에겔머는 첫 번째 단계인, D-펩타이드 또는 D-단백질과 같은 타겟 분자 또는 타겟 구조의 거울상 이성질체 형태에 대해 인 비트로(in vitro) 선별을 위한 D-핵산 라이브러리를 이용하는 과정에 의해 식별된다. 두 번째 단계에서, 타겟 분자 또는 타겟 구조의 거울상 이성질체 형태에 결합한 상기 식별된 D-핵산은 L-핵산에 상응하여 제조된다. 키랄 상호성 원리의 결과에 따라, 이러한 L-핵산, 즉 스피에겔머는 L-펩타이드 또는 L-단백질과 같은 진정한 또는 실제의 타겟 분자에 결합할 수 있고, 선별 과정에 이용된 D-펩타이드 또는 D-단백질과 같은 그들의 거울상 이성질체 형태에는 결합하지 않는다. 바람직하게는, 이와 같은 진정한 또는 실제의 타겟 분자 또는 타겟 구조는 인간 또는 동물 신체와 같은 생물학적 시스템에 존재하는 타겟 분자 또는 타겟 구조이다. 이러한 스피에겔머의 제조 방법은 예를 들면 '앱타머 핸드북'(편집자. Klussmann, 2006)에 기술되어 있다.
스피에겔머를 쉽게 식별하는 과정을 만드는 한 가지 방법은, 진정한 또는 실제의 타겟 분자 또는 타겟 구조에 의하여 나타나는 해당 거울상 이성질체 형태의 타겟 분자 또는 타겟 구조를 이용하여 L-핵산이 직접 L-핵산 라이브러리로부터 선택되도록 상기 과정을 재설계 하는 것일 수 있다. 상기 과정의 일부는 타겟 분자 및 타겟 구조 각각에 초기에 결합하는 이러한 L-핵산들의 증폭이기 때문에, L-프라이머에 1 개 이상의 뉴클레오티드를 추가하는 중합효소가 요구된다. 현재까지, 상술한 바와 같이 할 수 있는 L-아미노산으로 이루어진 중합효소는 알려져 있지 않다. 이 때문에, D-아미노산으로 이루어진 중합효소 및 유사 효소들의 수요가 있다. 유전자 기술은 이러한 D-아미노산으로 이루어진 기능적으로 활성화된 중합효소를 제공할 수 없으므로, 화학적 합성이 요구된다. 그러나, D-단백질 또는 D-폴리펩타이드의 합성은 비교적 작은 분자에 대하여 제한적이다. 현재 가장 큰 합성 D-단백질은 혈관신생 단백질인 102 D-아미노산으로 이루어진 혈관내피 성장인자(약어. VEGF-A)의 D-단백질 형태(Mandal 외., 2012), 중합 효소이나, 전형적으로 300 개 이상의 아미노산으로 구성되어 있다.
본 명세서에 인용된 문서의 전체 문헌 자료는, 달리 지시하지 않는 한, 다음과 같이 상기 참조문헌의 개시내용이 본 명세서에 참조로 포함된다. Altschul S.F., Gish W., et al. (1990) Basic local alignment search tool. J Mol Biol. 215(3):403-10. Altschul S.F., Madden T.L., et al. (1997) Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 25(17):3389-402. Atherton E., Logan C.J. and Sheppard R.C. (1981) Peptide synthesis. Part 2. Procedures for solid-phase synthesis using Nα-fluorenylmethoxycarbonylamino-acids on polyamide supports. Synthesis of substance P and of acyl carrier protein 654 decapeptide J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 538-546 Barlos, K., Gatos, D., Kallitsis, J., Papaphotiu, G., Sotiriu, P., Yao, W.Q. and Schafer, W. (1989) Darstellung geschutzter Peptid-Fragmente unter Einsatz substituierter Triphenylmethyl-Harze. Tetrahedron Letters. 30(30):3943-3946 Bock L.C., Griffin L.C., Latham J.A., Vermaas E.H. and Toole J.J. 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본 발명의 기본적인 과제는, 프라이머와 같은 L-핵산에 1 개 이상의 뉴클레오티드가 추가되도록 하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본적인 다른 과제는, 뉴클레오티드를 이용하여 타겟 L-핵산을 증폭하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본적인 또 다른 과제는, 이러한 방법을 실행하도록 하는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 기본적인 과제들은 첨부된 독립항들의 내용에 의해 해결된다. 바람직한 구현예들은 첨부된 종속항들로부터 선택될 수 있다.
특이적으로, 본 발명의 이들 및 다른 기본적인 과제들은 다음의 구현예에 의해 또한 해결된다.
구현예 1 : 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법으로서, 상기 방법은 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(mutant enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 존재하에서 1 개 이상의 L-뉴클레오티드와 제1 L-핵산를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 효소적 활성은 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있는 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열을 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 구성되고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 방법.
구현예 2 : 구현예 1에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 71, 76, 67 또는 86 중 적어도 하나, 또는
b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
i) 아미노산 위치 155 및 203 및 71, 또는
j) 아미노산 위치 155 및 203 및 86, 또는
k) 아미노산 위치 155 및 203 및 31, 또는
l) 아미노산 위치 155 및 203 및 76, 또는
m) 아미노산 위치 155 및 203 및 67, 또는
n) 아미노산 위치 155 및 203 및 86, 또는
o) 아미노산 위치 155 및 203 및 96, 또는
p) 아미노산 위치 155 및 203 및 85,
바람직하게 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 3 : 구현예 2에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것으로, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 4 : 구현예 1에 있어서 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이고, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 방법.
구현예 5 : 구현예 1 내지 4 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 6 : 구현예 1 내지 4 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
구현예 7 : 구현예 6에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/도는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85
바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이고,
더욱 바람직하게 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것이며, 가장 바람직하게 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 194 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
구현예 8 : 구현예 1에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 9 : 구현예 1에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노상 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
구현예 10 : 구현예 9에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 11 : 구현예 1 내지 10 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 방법.
구현예 12 : 구현예 1 내지 11 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 13 : 구현예 12에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 14 : 구현예 12 내지 13 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 15 : 구현예 14에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 16 : 구현예 1 내지 15 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 방법.
구현예 17 : 구현예 11 내지 16 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 방법.
구현예 18 : 구현예 1 내지 17 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 반응단계는 제1 L-핵산에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 5 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 10 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 50 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드가 추가되는 조건 하에서 수행되는 것인 방법.
구현예 19 : 구현예 1 내지 18 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 제1 L-핵산에 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드가 추가되는 것은 제1 L-핵산에 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드의 공유 결합에 의한 것이며, 바람직하게 제1 L-핵산의 3'OH와 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드 중 1 개의 5'포스페이트 간의 3'-5' 포스포다이에스테르 결합(phosphodiester linkage)의 형성에 의한 것인 방법.
구현예 20 : 구현예 1 내지 19 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 DNA, RNA, 변형(modified) DNA, 변형(modified) RNA, 또는 이들의 조합으로 이루어진 프라이머인 것인 방법.
구현예 21 : 구현예 1 내지 20 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 L-뉴클레오티드 및 선택적으로 변이(modification)로 이루어진 것인 방법.
구현예 22 : 구현예 1 내지 21 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
구현예 23 : 구현예 1 내지 22 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 반응은 제2 L-핵산을 추가적으로 포함하며, 상기 제1 L-핵산 중 1 개의 분자는 상기 제2 L-핵산 중 1 개의 분자와 혼성화하고, 바람직하게 왓슨-크릭 염기쌍(Watson-Crick base pairing)을 통하여 혼성화하는 것인 방법.
구현예 24 : 구현예 23에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 제2 L-핵산에 상보적인 제3 L-핵산을 합성하며, 상기 제3 L-핵산은 상기 제1 L-핵산 및 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 추가된 L-뉴클레오티드를 포함하는 것인 방법.
구현예 25 : L-뉴클레오티드 및 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 존재하에 표적 L-핵산을 증폭하기 위한 방법으로서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 표적 L-핵산을 증폭시킬 수 있는 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열를 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체(variant)이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 것이고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이고, 및/또는
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태인 것이고, 및
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 방법.
구현예 26 : 구현예 25에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 한 곳, 또는
b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
바람직하게 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 27 : 구현예 26에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 28 : 구현예 25에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 방법.
구현예 29 : 구현예 25 및 28 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 30 : 구현예 25 및 28 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
구현예 31 : 구현예 30에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
더욱 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
구현예 32 : 구현예 25에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
구현예 33 : 구현예 25에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
구현예 34 : 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들), 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 35 : 구현예 25 내지 34 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 방법.
구현예 36 : 구현예 25 내지 35 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 37 : 구현예 36에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 38 : 구현예 36 내지 37 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 39 : 구현예 38에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 중합효소 활성인 것인 방법.
구현예 40 : 구현예 35 내지 39 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 방법.
구현예 41 : 구현예 35 내지 40 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 방법.
구현예 42 : 구현예 25 내지 41 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 표적 L-핵산이 증폭되는 조건 하에서 실시되는 것인 방법.
구현예 43 : 구현예 25 내지 42 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 방법은 1 종 이상의 프라이머, 바람직하게 2 종의 프라이머를 이용하며, 상기 1 종 이상의 프라이머는 L-뉴클레오티드 및 선택적으로 변이로 이루어진 것인 방법.
구현예 44 : 구현예 43에 있어서, 상기 프라이머는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
구현예 45 : 구현예 25 내지 44 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
구현예 46 : 구현예 25 내지 45 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 방법은 중합효소 연쇄 반응(PCR, polymerase chain reaction)인 것인 방법.
구현예 47 : 구현예 25 내지 46 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 L-DNA로 구성되는 것인 방법.
구현예 48 : 구현예 25 내지 47 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 20 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 30 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 40 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
구현예 49 : 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(mutant enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질으로서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열을 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이며, 상기 돌연변이 효소적 활성은 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있는 것이고,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체(variant)이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어지고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 단백질.
구현예 50 : 구현예 49에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:
a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 하나, 또는
b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 51 : 구현예 50에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
구현예 52 : 구현예 49에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 단백질.
구현예 53 : 구현예 49 및 52 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
구현예 54 : 구현예 49 및 52 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 단백질.
구현예 55 : 구현예 54에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
더욱 바람직하게는 상기 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
구현예 56 : 구현예 49에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
구현예 57 : 구현예 49에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 단백질.
구현예 58 : 구현예 57에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 59 : 구현예 49 내지 58 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 단백질.
구현예 60 : 구현예 49 내지 59 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 단백질.
구현예 61 : 구현예 60에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 단백질.
구현예 62 : 구현예 60 내지 61 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 단백질.
구현예 63 : 구현예 62에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 중합효소 활성인 것인 단백질.
구현예 64 : 구현예 49 내지 63 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 단백질.
구현예 65 : 구현예 59 내지 63 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 단백질.
구현예 66 : 야생형 중합효소의 중합효소 변이체(variant)로서,
상기 중합효소 변이체는 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이고,
상기 야생형 중합효소는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어지고, 바람직하게는 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 적어도 하나 이상의 아미노산 위치(position), 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 야생형 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 중합효소 변이체.
구현예 67 : 구현예 66에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 야생형 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:
a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 하나, 또는
b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 68 : 구현예 67에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
구현예 69 : 구현예 66에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 중합효소 변이체.
구현예 70 : 구현예 66 및 69 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
구현예 71 : 구현예 66 및 69 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하는 것이며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 중합효소 변이체.
구현예 72 : 구현예 71에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
더욱 바람직하게는 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
구현예 73 : 구현예 66에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
구현예 74 : 구현예 66에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 중합효소 변이체.
구현예 75 : 구현예 74에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:
a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
구현예 76 : 구현예 66 내지 75 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것인 중합효소 변이체.
구현예 77 : 구현예 66 내지 75 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열의 아미노산은 L-아미노산인 것인 중합효소 변이체.
구현예 78 : L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 용도로서, 상기 단백질은 구현예 79 내지 65 중 어느 한 구현예에 따른 단백질인 것인 용도.
구현예 79 : L-뉴클레오티드의 존재 하에 표적 L-핵산을 증폭하기 위한 방법에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 용도로서, 상기 단백질은 구현예 49 내지 65 중 어느 한 구현예에 따른 단백질인 것인 용도.
구현예 80 : 구현예 79에 있어서, 상기 표적 L-핵산을 증폭하는 방법은 중합효소 연쇄 반응(PCR, polymerase chain reaction)인 것인 용도.
구현예 81 : 다음 단계를 포함하는 L-핵산 분자에 결합하는 표적 분자를 동정(identification)하는 방법으로서,
(a) L-핵산 분자의 불균일 집단(heterogeneous population)을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 L-핵산 분자의 불균일 집단에 표적 분자를 접촉시키는 단계;
(c) 상기 표적 분자에 결합되지 않은 L-핵산 분자를 분리하는 단계; 및
(d) 상기 표적 분자에 결합된 L-핵산 분자를 증폭시키는 단계를 포함하며, 상기 증폭 단계는 단백질을 이용하고, 상기 단백질은 구현예 49 내지 65 중 어느 한 구현예에 따른 단백질인 것인 방법.
구현예 82 : 구현예 81에 있어서, 상기 방법은
(e) 상기 표적 분자에 결합된 L-핵산 분자를 시퀀싱하는 단계; 및
(f) 상기 (e) 단계의 시퀀싱된 L-핵산 분자의 뉴클레오티드 서열과 동일한 뉴클레오티드 서열의 핵산 분자를 합성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것인 방법.
구현예 83 : 구현예 81 내지 82 중 어느 한 구현예에서, 상기 (a) 단계의 L-핵산 분자의 불균일 집단의 핵산 분자는 그의 5' 말단 및 3' 말단 각각에 프라이머 결합 부위(primer binding site), 및 상기 (d) 단계에서 수득된 L-핵산 분자가 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction)에 의하여 증폭되도록하는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하고, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 중합효소는 구현예 49 내지 65 중 어느 한 구현예의 단백질이며, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 프라이머는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것이며, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 뉴클레오티드는 L-뉴클레오티드인 것인 방법.
구현예 84 : 구현예 81 내지 83 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 (d) 단계 이후
(da) 상기 증폭된 핵산 분자를 표적 분자에 접촉시키는 단계가 도입되며,
상기 (b) 단계와 선택적으로 (c) 단계 및/또는 (d) 단계가 (e) 단계 이전에 수행되고, 상기 (da) 단계, (b) 단계, (c) 단계 및 선택적으로 (d) 단계는 순서대로 한번 또는 여러번 수행되는 것인 방법.
구현예 85 : 구현예 81 내지 84 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 L-핵산에 결합하는 표적 분자는 DNA인 것인 방법.
구현예 86 : 구현예 81 내지 85 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 L-핵산 분자에 결합하는 표적 분자는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
구현예 87 : 다음 단계를 포함하는 단백질을 생산하는 방법으로서, 상기 단백질은 아미노산 서열로 이루어지고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것으로,
a) 단백질의 2 개 이상의 단편(fragment)은 화학적으로 합성되어, 그 전체 단편은 상기 단백질의 아미노산 서열을 형성하며, 바람직하게 상기 단편은 고체상 펩타이드 합성(solid phase peptide synthesis)에 의하여 합성되는 단계, 및
b) 상기 a) 단계의 상기 단편은 부분 축합(segment condensation), 자연적 화학적 결합(native chemical ligation), 효소적 결합(enzymatic ligation) 또는 이들의 조합에 의하여 서로 결합되는 단계를 포함하고,
상기 단백질은 구현예 49 내지 65 중 어느 한 구현예에 따른 단백질인 것인 방법.
구현예 88 : 구현예 87에 있어서, 상기 효소적 결합(enzymatic ligation)에 사용되는 효소는 클로스트리파인(clostripain)인 것인 방법.
본 발명자들은 놀랍게도 기능적으로 활성화된 D-아미노산으로 이루어진 단백질을 화학적으로 합성할 수 있다는 것을 발견하였고, 이에 의해 이러한 단백질은 중합효소에 의해 전형적인 디스플레이된 크기를 갖는다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 D-단백질 및 D-중합효소(예컨대, 중합효소로서 활성화되는 D-아미노산으로 구성된 중합효소)를 합성하는 방법을 확인하였다. 이러한 사실에 기반하여, L-핵산 및 L-핵산 분자의 효소적 합성에 필요한 단백질 및 효소적 활성을 현재 이용가능하게 되었다. L-핵산 및 L-핵산 분자의 이러한 효소적 합성법은 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법 및 L-핵산으로서 L-뉴클레오티드의 존재하에서 타겟 L-핵산을 증폭시키는 방법, 즉, 증폭 산물이 L-핵산인 방법을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
이러한 방법들 및 효소적 활성은 스피에겔머를 식별하는 대안 과정의 일부이므로, 스피에겔머를 식별하는 대안 과정으로 현재 실용화될 수 있다.
본 발명자들은 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법을 개발하였으며, 상기 방법은 효소적 활성을 나타내는 부위(enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 존재하에서 상기 제1 L-핵산과 상기 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 효소적 활성은 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 효소적 활성은 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 5 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 10 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 50 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있다.
바람직하게 본 명세서에서 사용되는 용어 추가는 분자 간의 공유 결합을 의미하며, 본 발명에서는 제1 L-핵산에의 1 개 이상의 L-뉴클레오티드의 공유 결합, 바람직하게는 제1 L-핵산의 3'OH와 1 개 이상의 L-뉴클레오티드 중 1 개의 5'포스페이트 간의 3'-5' 포스포다이에스테르 결합(phosphodiester linkage)의 형성에 의한 것이다. 본 발명에 따르면, L-핵산에 추가된 L-뉴클레오티드는 상기 L-뉴클레오티드에 의해 연장된 L-핵산의 3'말단을 형성한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법은 제2 L-핵산을 포함하며, 상기 제1 L-핵산 중 1 개의 분자는 상기 제2 L-핵산 중 1 개의 분자와 혼성화되고, 바람직하게는 왓슨-크릭 염기쌍(Watson-Crick base pairing)을 통하여 혼성화된다. 본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 방법은 상기 제2 L-핵산에 상보적인 제3 L-핵산을 합성하며, 상기 제3 L-핵산은 상기 제1 L-핵산 및 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 추가된 L-뉴클레오티드를 포함한다. 즉, 상기 제1 L-핵산에 대하여 1 개 이상의 L-뉴클레오티드가 제1 L-핵산의 3' 말단에 추가되어 제3 L-핵산이 되는 것이다.
본 발명의 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질은 효소적 활성을 나타내는 부위를 단독으로 갖는 단백질과 효소적 활성을 나타내는 부위 및 다른 잔기 또는 일부를 갖는 단백질을 포함하며, 상기 단백질의 다른 잔기 또는 일부는 어떠한 효소적 활성도 갖지 않는다. 본 발명의 상기 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 300 내지 900 개의 아미노산을 포함하고, 바람직하게 300 내지 600 개의 아미노산을 포함하며, 보다 바람직하게 300 내지 360 개의 아미노산을 포함하고, 가장 바람직하게 340 내지 360 개의 아미노산을 포함한다.
본 발명의 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질은 바람직하게는 중합효소 활성을 나타내는 부위이다. 본 발명의 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질은 중합효소 활성을 나타내는 부위를 단독으로 갖는 중합효소와 중합효소 활성을 나타내는 부위 및 다른 잔기 또는 일부를 갖는 중합효소를 포함하며, 상기 중합효소의 다른 잔기 또는 일부는 어떠한 중합효소 활성도 갖지 않는다. 본 발명의 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 300 내지 900 개의 아미노산을 포함하고, 바람직하게 300 내지 600 개의 아미노산을 포함하며, 보다 바람직하게 300 내지 360 개의 아미노산을 포함하고, 가장 바람직하게 340 내지 360 개의 아미노산을 포함한다.
본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위는 바람직하게는 열안정성 중합효소 활성을 나타내는 부위이고, 보다 바람직하게는 열안정성 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위이며, 가장 바람직하게는 열안정성 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위이다.
본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위는 바람직하게는 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위이고, 보다 바람직하게는 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위 또는 열안정성 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위이며, 가장 바람직하게는 열안정성 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성을 나타내는 부위이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 효소적 활성은 특정 반응의 촉매작용이며, 바람직하게는 핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 뉴클레오티드의 추가, 핵산의 증폭 및/또는 중합효소 활성이고, 보다 바람직하게는 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드의 추가 및 L-핵산의 증폭이다.
본 발명에 따른 용어 중합효소 활성은 L-뉴클레오티드를 중합(polymerisation) 및/또는 L-핵산에 L-뉴클레오티드를 중합시킬 수 있는 효소의 능력이며, 바람직하게는 상기 L-뉴클레오티드는 L-뉴클레오시드 트리포스페이트(L-nucleoside triphosphates)이다.
본 발명의 중합효소 활성은 바람직하게는 열안정성 중합효소 활성이고, 보다 바람직하게는 열안정성 DNA-중합효소 활성이며, 가장 바람직하게는 열안정성 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성이다.
본 발명의 중합효소 활성은 바람직하게는 DNA-중합효소 활성이고, 보다 바람직하게는 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성 또는 열안정성 DNA-중합효소 활성이며, 가장 바람직하게는 열안정성 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성이다.
공지된 중합효소는 천연 자원 또는 천연 자원으로부터의 중합효소의 최적화되거나 변이된 변이체이다. 상기 중합효소는 키랄 빌딩 블록, 즉, L-아미노산으로 구성된다. 따라서, 중합효소의 구조는, 본질적으로 키랄이며, 입체특이성 기질을 인식을 초래한다. 이에, 이러한 효소들은 적합한, 즉, 키랄 배치(configuration)에 해당하는 기질 분자들만을 받아들인다. 공지된 중합효소들은 D-뉴클레오티드 또는 D-뉴클레오시드 트리포스페이트를 중합시키며, 이들은 주형가닥으로 D-뉴클레오티드로 구성된 D-핵산을 이용하여 D-뉴클레오티드로 구성된 상보적인 D-핵산 가닥을 합성한다. 주형가닥 이외에, 상기 중합효소는 주형가닥에 혼성화되고 D-뉴클레오티드로 구성된 프라이머를 선택적으로 이용한다. 자연적 발생 핵산(naturally occurring nucleic acids)은 D-뉴클레오티드로 구성되고 단백질 및 효소, 특히, D-아미노산으로 구성된 단백질 및 효소에 의해 처리, 예컨대 증폭될 수 있기 때문에, L-핵산은 L-아미노산으로 구성된 상기 단백질 및 효소 각각에 의해 인식되지 않는다. 따라서, 타겟 분자 또는 타겟 구조에 결합하는 L-핵산 또한 스핑에겔머로 불리고, 상기 타겟 분자 또는 타겟 구조로부터의 자연적 발생을 이용하는 인 비트로 선별 과정에 의해서 직접적으로 획득될 수 없다
본 발명자들은 놀랍게도 L-핵산 주형가닥에 혼성화되는 L-뉴클레오티드로 구성된 프라이머에 L-핵산 뉴클레오티드를 추가할 수 있는 중합효소를 생산할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은 놀랍게도 바람직하게 중합효소 연쇄 반응(약어. PCR)으로 알려진 과정에서 L-핵산의 증폭에 이용될 수 있는 중합효소를 생산할 수 있다는 것을 발견하였다.
중합효소는 뉴클레오시드 트리포스페이트를 중합하는 효소이다. 중합효소는 주형 핵산가닥을 이용하여 주형 핵산가닥에 상보적인 핵산 가닥을 합성한다. 상기 주형 핵산가닥 이외에, 중합효소는 주형 핵산가닥에 상보적인 염기를 기반으로 하여 혼성화되는 프라이머를 선택적으로 이용한다. 주형 핵산가닥, 프라이머 및 중합효소에 의해 합성된 핵산 가닥은 독립적으로 DNA 또는 RNA일 수 있다. 바람직하게 본 발명에서 이용되는 중합효소는 DNA 중합효소 및 RNA-중합효소를 포함하고, 바람직하게는 DNA-의존적 DNA 중합효소, 역전사 효소와 같은 RNA-의존적 DNA 중합효소, RNA-의존적 RNA 중합효소 및 RNA-의존적 DNA 중합효소이다. 보다 바람직하게는, 상기 중합효소는 열안정성 중합효소이다. 중합효소는 해당 천연 또는 야생형 효소에서 발견되는 모든 아미노산을 포함할 필요는 없으나, 중합효소가 원하는 촉매 활성을 실시하는 데에는 충분해야 한다. 구현예에서, 중합효소 활성은, 예컨대, 5'-3'중합, 5'-3' 엑소뉴클레아제(exonuclease) 및 3'-5' 엑소뉴클레아제 활성을 포함하는 촉매 활성을 포함하는 군으로부터 선택되는 촉매 활성이다.
본 발명의 중합효소는 D-핵산으로 구성되고, L-뉴클레오티드 또는 L-뉴클레오시드 트리포스페이트를 중합시키며, 본 발명의 상기 중합효소는 L-뉴클레오티드로 구성된 L-핵산을 주형가닥으로 이용하여 L-뉴클레오티드로 구성된 상보적인 L-핵산 가닥을 합성한다. 상기 주형가닥 이외에, 본 발명의 중합효소는 주형가닥에 혼성화되고 L-뉴클레오티드로 구성된 프라이머를 선택적으로 이용한다. 주형가닥, 프라이머 및 합성된 핵산 가닥은 독립적으로 L-DNA 또는 L-RNA일 수 있다. 본 발명의 중합효소는 D-아미노산으로 구성된 DNA 중합효소 및 D-아미노산으로 구성된 RNA-중합효소를 포함하고, 바람직하게는 D-아미노산으로 구성된 DNA-의존적 DNA 중합효소, D-아미노산으로 구성된 역전사 효소와 같은 RNA-의존적 DNA 중합효소, D-아미노산으로 구성된 RNA-의존적 RNA 중합효소 및 D-아미노산으로 구성된 RNA-의존적 DNA 중합효소이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 상기 중합효소는 D-아미노산으로 구성된 열안정성 중합효소이다. 본 발명의 중합효소는 천연 효소에서 발견되는 모든 아미노산을 포함할 필요는 없으나, 본 발명의 중합효소가 원하는 촉매 활성을 실시하는 데에는 충분해야 한다. 촉매 활성은, 예컨대, 5'-3'중합, 5'-3' 엑소뉴클레아제(exonuclease) 및 3'-5' 엑소뉴클레아제 활성을 포함한다.
본 명세서에서 L-아미노산으로만 단독으로 구성된 중합효소는 바람직하게는 '전-L-중합효소(all-L polymerase)'로 언급된다.
본 명세서에서 D-아미노산으로만 단독으로 구성된 중합효소는 바람직하게는 '전-D-중합효소(all-D polymerase)'로 언급된다.
본 발명의 바람직한 구현예의 중합효소는 아프리카 돼지 열 바이러스 중합효소 X(African Swine Fever Virus Polymerase X), 테르무스 테르모필루스 중합효소 X 코어 도메인(Thermus thermophilus polymerase X core domain), 래트 중합효소 베타(rat Polymerase beta), 진핵 중합효소 베타(eukaryotic Polymerase beta), 클레나우 단편(Klenow Fragment), 클레나우 엑소-중합효소(Klenow exo-polymerase), T4 DNA 중합효소(T4 DNA polymerase), Phi29 DNA 중합효소, 시퀀아제(Sequenase), T7 DNA 중합효소, SP6 중합 효소, DNA 중합효소 I, 중합효소 람다(polymerase lambda), 바람직하게는 설폴로버스 솔파타리쿠스(Sulfolobus solfataricus), 설포로버스 아이스란디쿠스(Sulfolobus islandicus), 설폴로버스 시바테(Sulfolobus shibatae), 설폴로버스 텡총엔시스 (Sulfolobus tengchongensis), 설폴로버스 토코다이아이(Sulfolobus tokodaii), 설폴로버스 아시도칼다리우스 (Sulfolobus acidocaldarius)로부터 유래한 것인 DPO4 중합효소, 써모코커스 리토랄리스(Thermococcus litoralis) DNA 중합효소, 피로코커스 종(Pyrococcus sp.) DNA 중합효소, 피로코커스 퓨리오서스(Pyrococcus furiosus) DNA 중합 효소, PfuturboTM 중합효소, 술폴로부스 솔파타리쿠스(Sulfolobus solfataricus) DNA 중합효소, 써모코커스 고르고나리어스(Thermococcus gorgonarius) DNA 중합 효소, KOD 중합효소, Taq 중합효소, Tth 중합효소, 피로베스트(Pyrobest) 중합효소, Pwo 중합효소, Sac 중합효소, Bst 중합효소, Poc 중합효소, Pab 중합효소, Mth 중합효소, Pho 중합효소, ES4 중합효소, EX-TaqTM 중합효소, LA-TaqTM 중합효소, ExpandTM 중합효소, PlatinumTM Taq 중합효소, Hi-FiTM 중합효소, Tbr 중합효소, Tfl 중합효소, Tru 중합효소, Tac 중합효소, Tne 중합효소, Tma 중합효소, Tih 중합효소, Tfi 중합효소, AmpliTaqTM, Stoffel 단편, 9°NmTM DNA 중합효소, 종결자TM(TherminatorTM), 종결자(Therminator) IITM, Phusion High FidelityTM 중합효소, Paq5000TM, Pfx-50TM, ProofstartTM, FideliTaqTM, 연장효소TM(ElongaseTM) 및 이들의 변이체(variants)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에서 본 발명의 중합효소는 서열번호 1의 아미노산 서열로 구성된 아프리카 돼지 열 바이러스 중합효소 X이다. 본 발명의 보다 더욱 바람직한 구현예에서 본 발명의 중합효소는 아프리카 돼지 열 바이러스 중합효소 X의 변이체이고, 가장 바람직하게는 서열번호 2의 아미노산 서열, 서열번호 3의 아미노산 서열 및 서열번호 4의 아미노산 서열로 이루어진 군으로부터 선택된 아미노산 서열의 아프리카 돼지 열 바이러스 중합효소 X의 변이체이다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에서 본 발명의 중합효소는 중합효소 Dpo4의 변이체, 돌연변이, 돌연변이 형태 또는 절단된 형태이고, 상기 중합효소 Dpo4는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 것이고, 중합효소 Dpo4의 변이체, 돌연변이, 돌연변이 형태 또는 절단된 형태는 서열번호 89 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하며, 바람직하게 상기 서열번호 15의 중합효소 Dpo4의 아미노산 및 서열번호 89 내지 343 중 어느 하나의 중합효소 Dpo4의 변이체, 돌연변이, 돌연변이 형태 또는 절단된 형태의 아미노산은 D-아미노산이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서 본 발명의 중합효소는 중합효소 Dpo4의 변이체이고, 가장 바람직하게는 서열번호 16의 아미노산 서열, 서열번호 17의 아미노산 서열, 서열번호 18의 아미노산 서열, 서열번호 19의 아미노산 서열, 서열번호 20의 아미노산 서열, 서열번호 21의 아미노산 서열 및 서열번호 22의 아미노산 서열로 이루어진 군으로부터 선택된 아미노산 서열의 선택된 아미노산 서열로 이루어진 중합효소 Dpo4의 변이체이다.
중합효소의 변이체, 돌연변이, 돌연변이 형태 또는 절단된 형태는 1 개 이상의 아미노산 위치(position)가 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 중합효소이다. 바람직하게는 아미노산 서열 내 아미노산의 위치는 중합효소의 N-말단(terminus) 및 C-말단(terminus)에 대한 그의 위치 및/또는 아미노산 주변 아미노산에 대한 그의 위치에 의해 결정되며, 이에 의해
a) 중합효소가 N-말단에서 절단되는(truncated) 경우, 아미노산의 위치는 중합효소의 C-말단에 대한 그의 위치 및 아미노산 주변 아미노산에 대한 그의 위치에 의하여 결정되고,
b) 중합효소가 C-말단에서 절단되는(truncated) 경우, 아미노산의 위치는 중합효소의 N-말단에 대한 그의 위치 및 아미노산 주변 아미노산에 대한 그의 위치에 의하여 결정되며, 그리고
c) 중합효소가 N-말단 및 C-말단에서 절단되는(truncated) 경우, 아미노산의 위치는 아미노산 주변 아미노산에 대한 그의 위치에 의하여 결정된다.
본 발명의 구현예에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체, 돌연변이, 돌연변이 형태 또는 절단된 형태인 것이며, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 것이며, 바람직하게 상기 서열번호 15의 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산은 D-아미노산 이며, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 본원에 개시된 것과 같이 즉, 서열번호 15의 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 서열번호 15의 3개의 아미노산 위치에서 돌연변이가 된다.
바람직하게, 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게 상기 서열번호 89 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이다.
본 발명의 추가적인 구현예에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 본원에 개시된 것과 같이 돌연변이가 되고, 즉 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은, 서열번호 15의 아미노산 서열과 비교할 때, 서열번호 15의 적어도 하나의 아미노산 위치에서, 바람직하게는 서열번호 15의 3개의 아미노산 위치에서 돌연변이가 된다; 다시 말해서, 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 돌연변이 특성은 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열의 신장(stretch)에 있고 이 아미노산은, 상기 돌연변이(들)를 제외하고, 서열번호 15의 아미노산 서열이고 따라서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위 및 효소적 활성을 나타내는 부위에 있는 아미노산 서열 모두에 포함되는 아미노산 서열이다. 이와 같은 구현예와 관련하여, 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 하나 이상의 추가적인 아미노산을 포함하고, 이 아미노산은 서열번호 15의 아미노산 서열의 N-말단 및 C-말단 중 어느 하나 또는 양쪽에 부착된다.
본 발명의 중합효소는 상승하는 온도에 의해 상대적으로 영향받지 않는 열안정성이다. 일 특정, 비-제한적 예에서, 열안정성을 갖는 중합효소는 최소 50℃의 온도, 예컨대, 50℃, 60℃, 75℃, 80℃, 82℃, 85℃, 88℃, 90℃, 92℃, 95℃ 또는 더 높은 온도에 의해 영향받지 않는다.
L-뉴클레오시드 트리포스페이트의 중합 과정 내에서, 중합효소는 1 개의 뉴클레오시드 트리포스페이트를 다른 트리포스페이트에 추가시키고, 바람직하게는 올리고뉴클레오티드를 초래하며, 또한 이는 핵산으로 언급된다. 바람직한 구현예에서, 중합효소는 1 개의 뉴클레오시드 트리포스페이트를 1 개의 뉴클레오시드 트리포스페이트 또는 핵산의 말단 뉴클레오티드에 첨가하며, 예컨대, 상기 뉴클레오티드가 디데옥시뉴클레오티드(dideoxynucleotide)와 같이 연쇄 종결자(chain terminator) 뉴클레오티드인 경우이다. 이러한 연쇄 종결자 뉴클레오티드는 핵산 시퀀싱에 이용되고, 당업자에 의해 공지되어 있다.
L-뉴클레오시드 트리포스페이트의 중합 과정은 L-핵산, 바람직하게는 타겟 L-핵산의 증폭에 이용될 수 있다.
증폭은 핵산, 바람직하게는 타겟 L-핵산의 카피(copies) 수를 증가시키는 어떠한 과정도 될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 타겟 L-핵산은 20 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 30 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 40 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드로 구성된다.
증폭의 예로는, 핵산 주형에 프라이머가 혼성화 되는 조건하에서 핵산이 한쌍의 프라이머와 접촉하는 것이다. 프라이머는 적합한 조건하에서 프라이머에 1 개 이상의 뉴클레오시드 트리포스페이트가 추가됨으로써 중합효소에 의하여 연장되고, 핵산 주형으로부터 분리된 후, 재-어닐링, 연장 및 분리되어 핵산 분자의 카피수를 증폭시킨다. 인 비트로 증폭 산물은 표준 기술을 이용한 전기영동, 제한 엔도뉴클레아제 절단 패턴, 올리고 뉴클레오티드 혼성화 또는 결합 및/또는 핵산 시퀀싱에 의해 특성화될 수 있다.
대안적인 인 비트로 증폭 기술은 전사-프리 등온 증폭(transcription-free isothermal amplification), 나선 치환 증폭(strand displacement amplification), 및 NASBA™ RNA 전사-프리 증폭을 포함하며, 당업자에 의해 공지되어있다.
일부 증폭 방법은 핵산, 바람직하게는 이중-가닥 핵산의 멜팅을 위한 반응의 반복된 가열 및 냉각 사이클로 구성된 온도 반복(thermal cycling) 및 핵산의 효소적 복제(enzymatic replication)에 의존한다. 이러한 온도 반복 단계는 먼저 핵산 멜팅(nucleic acid melting)으로 불리는 과정에서 높은 온도에서 이중 가닥 핵산의 두 가닥이 물리적으로 분리되는 것이 필요하다. 이후 낮은 온도에서, 각 가닥은 중합효소에 의한 핵산 합성에서 주형으로 이용되어 선택적으로 타겟 핵산이 증폭된다. 중합효소와 함께 타겟 부분(region)에 상보적인 서열을 함유하는 프라이머(하기에서 상기 방법을 명명)는 선택 및 반복적 증폭을 가능하게 하는 핵심 요소이다. 상기 증폭 방법은 온도 반복 과정에 기반하므로, 생성된 핵산은 그 자체가 복제를 위한 주형으로 이용되어, 연쇄 반응이 시행되면서 핵산 주형은 기하 급수적으로 증폭된다.
온도 증폭에 의한 가장 두드러진 증폭 방법은 중합효소 연쇄 반응(약어. PCR)이다.
프라이머는 DNA 또는 RNA 또는 이들의 조합으로 구성된 짧은 핵산 분자이며, 바람직하게는 프라이머의 길이는 10 뉴클레오티드 이상의 DNA 올리고뉴클레오티드이다. 보다 바람직하게는, 프라이머의 길이는 약 15, 20 또는 25 개 뉴클레오티드 또는 그 이상의 길이일 수 있다. 프라이머는 핵산 혼성화에 의하여 상보적인 타겟 핵산 가닥에 어닐링되어 프라이머와 타겟 핵산 서열 간의 하이브리드를 형성한 후, 중합효소에 의해 타겟 핵산 가닥을 따라 프라이머가 연장된다. 프라이머 쌍은 핵산의 증폭, 예컨대 PCR 또는 당업계에 공지된 다른 핵산 증폭 방법에 이용될 수 있다.
D-아미노산으로 구성된 본 발명의 중합효소의 이용은 프라이머 및 상보적인 타겟 핵산 가닥이 L-뉴클레오티드로 구성될 필요가 있다. 바람직하게는 최소 1 개의 프라이머가 L-뉴클레오티드 및 선택적으로 변이(modification)로 이루어진다.
핵산 프라이머 및 프로브의 제조 및 이용 방법은 문헌 예컨대, Sambrock 등(1989)에 기재되어 있다. PCR 프라이머 쌍은 공지된 서열로부터, 예컨대, 프라이머와 같은 그 목적을 위한 컴퓨터 프로그램을 이용하여, 유래될 수 있다. 당업자는 특정 프로브 또는 프라이머의 특이성이 길이에 따라 증가된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 중합효소는 D-아미노산으로 이루어지며, 바람직하게는 오직 D-아미노산으로만 이루어진다. 이 때문에 D-아미노산으로 구성된 본 발명의 중합효소는 천연 공급원으로부터 분리될 수 없으며, 박테리아, 효모, 곰팡이, 바이러스 또는 동물 세포를 이용하여 재조합체 발현에 의해 생산될 수 없고 화학적 과정으로 제조되어야 하며, 바람직하게는 결합 방법과 고체상 펩타이드 합성(약어. SPPS)의 조합을 가진다.
고체상 펩타이드 합성은 최신식의 단백질의 펩타이드 또는 단편의 합성으로, 소형 고체 비드, 불용성 다공질을 기능기('링커')로 처리하여 펩타이드 연쇄가 구축될 수 있다. 펩타이드는 무수불화수소(anhydrous hydrogen fluoride) 또는 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid)과 같은 시약에 의하여 절단될 때까지 비드에 공유결합으로 부착되어 남아 있을 것이다. 따라서, 펩타이드는 이러한 고체상에 '고정화'되어, 액상 시약 및 합성의 부산물이 플러싱되는 반면 여과 과정 동안 남아있을 수 있다. SPPS의 일반적인 원칙은 커플링-세척-탈보호-세척(coupling-wash-deprotection-wash)의 반복 사이클 중 하나이다. 고체상에 연결된 펩타이드의 유리(free) N-말단 아민은 단일 N-보호된 아미노산 유닛(하기 참조)에 커플링된다. 이러한 유닛이 탈보호되며 새로운 N-말단 아민이 드러나면서 추가적으로 아미노산이 부착된다. 이 기술의 우수성은 부분적으로 각 반응 후 세척 사이클을 실시하는 능력에 있으며, 불용성 수지에 공유결합으로 접착되어 남아있는 목적의 모든 증가하는 펩타이드가 있는 과량의 시약을 제거한다. 주요하게 이용되는 SPPS의 두 가지 형태가 있다-Fmoc 및 BOC. 아미노산 단량체의 N-말단은 두 기 중 어느 하나에 의해 보호되어, 비보호 된 아미노산 사슬에 첨가된다. SPPS는 수득량에 의해 제한되며, 일반적으로 70 개 아미노산 범위의 펩타이드 및 단백질이 합성 접근성의 한계를 추진하고 있다. 합성적 어려움 또한 서열 의존적이다. 큰 합성 올리고 펩타이드 및 단백질은 단편 축합, 자연 화학적 연결 또는 효소적 연결과 같은 결합 방법을 이용하여 접근하여 두 가지 펩타이드들이 함께 커플링될 수 있다. 그러나 지금까지 합성된 가장 큰 D-단백질은 혈관 신생 단백질인 102 D-아미노산으로 구성된 혈관 내피 성장인자(약어. VEGF-A)의 D-단백질 형태이다(Mandal 외, 2012),
단편 축합은 펩타이드를 이용하며 상기 펩타이드의 아미노산의 측쇄가 화학적 기(chemical groups)로 완전하게 보호되고, 상기 펩타이드는 용액에서 커플링된다.
자연 화학적 결합은 수용액에서 실시된다. 도전은 필수 비보호된 펩타이드-티오에스테르 빌딩 블록의 제조이다. 자연 화학적 결합에서, pH 7.0, 20℃<T<37℃의 수성 완충액에서 비보호된 펩타이드 2의 N-말단 시스테인 잔기의 티오레이트기는 제2 비보호된 펩타이드 1의 C-말단 티오에스테르를 공격한다. 이러한 가역적 트랜스티오에스테리피케이션(transthioesterification) 단계는 화학적 선택 및 위치 선택적이며, 티오에스테르 중간체(thioester intermediate) 3을 형성하게 된다. 상기 중간체는 연결 부위에 있는 자연 아미드('펩타이드') 본드 4의 형성을 초래하는 분자내 S,N-acyl shift에 의해 재배열된다.
실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은 놀랍게도 자연 화학적 결합에 필수적인 C-말단 티오에스테르가 효소적 결합의 조건 하에서 안정적이며, 이에 의해 자연 화학적 결합 및 효소적 결합을 조합하여 이용할 수 있다는 것을 보여주었다.
D-펩타이드의 효소적 연결은 다음의 단계를 포함하는 프로테아제를 이용하여 작용한다: (a) 아미노 성분의 제조 단계로서, 상기 아미노 성분은 고유의 D-펩타이드이고, (b) 카복시 성분의 제조 단계로서, 상기 카복시 성분은 이탈기(leaving group)를 포함하며, 고유의 D-펩타이드이고, 및 (c) 아미노 성분과 카복시 성분을 반응시키는 단계로서, 프로테아제 존재하에서 반응하여 이탈기의 절단으로 아미노 성분 및 카복시 성분 간의 펩타이드 본드를 형성하여 고유의 D-폴리펩타이드를 제공한다(WO2003047743 참조). 바람직하게는 상기 프로테아제는 클로스트리파인이다.
또한, 본 발명의 중합효소는 본 발명의 중합효소에 대하여 본질적으로 상동인 중합효소 및 본 명세서에 개시된 특정 서열(들)을 포함한다. 용어 실질적으로 상동은 상동성이 최소 75 %, 바람직하게는 85 %, 더욱 바람직하게는 90 %, 가장 바람직하게는 95 %, 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %인 것으로 이해 될 것이다.
또한, 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위는 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위에 대하여 본질적으로 상동인 중합효소 및 본 명세서에 개시된 특정 서열(들)을 포함한다. 용어 실질적으로 상동은 상동성이 최소 75 %, 바람직하게는 85 %, 더욱 바람직하게는 90 %, 가장 바람직하게는 95 %, 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %인 것으로 이해 될 것이다.
본 발명의 중합효소 또는 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위에 있는 상동성 아미노산의 실제 퍼센트는 중합효소 또는 중합효소 활성을 나타내는 부위에 있는 아미노산의 전체 수에 의존적일 것이다. 퍼센트 변경은 중합효소 또는 중합효소 활성을 나타내는 부위에 있는 아미노산의 전체 수에 기반할 수 있다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 두 가지 중합효소 또는 두 가지 중합효소 활성을 나타내는 부위들 간의 상동성은 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 서열 비교 알고리즘은 지정된 프로그램 파라미터에 기초하여, 레퍼런스 서열에 대해 상대적인 테스트 서열(들)에 대한 퍼센트 서열 상동성을 계산하는데 사용될 수 있다. 테스트 서열은 바람직하게는 상동이거나 또는 상동인지의 여부를 테스트한 중합효소 또는 중합효소 활성을 나타내는 부위이며, 이에 의해 상이한 중합효소 또는 중합효소 활성을 나타내는 부위는 또한 상동성 레퍼런스 서열로 언급된다. 비교를 위한 중합효소의 아미노산 서열의 최적정렬(Optimal alignment)은 예컨대, Smith & Waterman(Smith & Waterman, 1981)의 국소적 상동성 알고리즘, Needleman & Wunsch(Needleman & Wunsch, 1970)의 상동성 정렬 알고리즘, Pearson & Lipman (Pearson & Lipman, 1988)의 유사성 방법에 대한 검색, 이러한 알고리즘의 컴퓨터 구현(GAP, BESTFIT, FASTA, 및 TFASTA, Wisconsin Genetics Software Package, Genetics Computer Group, 575 Science Dr., Madison, Wis.) 또는 육안 검사에 의해 실시될 수 있다.
퍼센트 서열 동일성을 결정하는 데 적합한 알고리즘의 일례는 기본 국소적 정렬 검색 도구(basic local alignment search tool, 이하 "BLAST"), 예컨대, Altschul 외(Altschul et al. 1990 and Altschul et al, 1997)에 이용되는 알고리즘이다. BLAST 분석을 수행하기 위한 소프트웨어는 생명 공학 정보 국립 센터(National Center for Biotechnology Information, 이하 "NCBI")를 통해 공개적으로 이용할 수 있다. NCBI에서 이용가능한 소프트웨어, 예컨대, BLASTN(뉴클레오티드 서열의 경우) 및 BLASTP(아미노산 서열의 경우)를 이용하여 서열 동일성을 결정하는 데 사용되는 디폴트 파라미터는 맥 지니스 외 (McGinnis 외, 2004)에 기재되어 있다.
또한, 본 발명의 중합효소는 본 발명의 중합효소에 대해 어느 정도의 상대적인 동일성을 갖는 중합효소 및 특히 본 명세서에 개시되고 그 아미노산 서열에 의해 정의된 본 발명의 특정 중합효소를 포함한다. 보다 바람직하게, 본 발명은 본 발명의 중합효소에 상대적으로 최소 75 %, 바람직하게는 85 %, 보다 바람직하게는 90 %, 가장 바람직하게는 95 % 이상, 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %의 동일성을 갖는 중합효소 및 특히 본 명세서에 개시되고 그 아미노산 서열 또는 이들의 일부에 의해 정의된 본 발명의 특정 중합효소를 포함한다.
또한, 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위는 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위에 대해 어느 정도의 상대적인 동일성을 갖는 중합효소 활성을 나타내는 부위 및 특히 본 명세서에 개시되고 그 아미노산 서열에 의해 정의된 본 발명의 특정 중합효소 활성을 나타내는 부위를 포함한다. 보다 바람직하게, 본 발명은 본 발명의 중합효소 활성을 나타내는 부위에 상대적으로 최소 75 %, 바람직하게는 85 %, 보다 바람직하게는 90 %, 가장 바람직하게는 95% 이상, 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %의 동일성을 갖는 중합효소 활성을 나타내는 부위 및 특히 본 명세서에 개시되고 그 아미노산 서열 또는 이들의 일부에 의해 정의된 본 발명의 특정 중합효소 활성을 나타내는 부위를 포함한다.
본 출원과 관련하여 용어 핵산 분자와 핵산은 교환 가능하게 사용된다.
본 명세서에서 바람직하게 사용되는 용어 "핵산"과 "핵산"은 디옥시리보핵산 (약어. DNA)과 리보핵산(약어. RNA)과 같은 폴리뉴클레오티드 또는 올리고뉴클레오티드를 의미한다. 또한, 용어 "핵산"은 다수의 핵산들을 포함한다. 용어 "핵산" 및 "핵산"은 뉴클레오티드 유사체로부터 만들어진 등가물, 변이체 및 DNA 또는 RNA의 유사체, 단일(센스 또는 안티센스) 및 이중-가닥 폴리뉴클레오티드 또는 올리고뉴클레오티드를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 데옥시리보뉴클레오티드는 데옥시아데노신, 데옥시시티딘, 데옥시구아노신 및 데옥시티미딘을 포함한다. 리보뉴클레오티드는 아데노신, 시티딘, 구아노신 및 유리딘을 포함한다. "폴리뉴클레오티드"와 같은 핵산 분자에 대한 레퍼런스는 단일 가닥 또는 이중 가닥 분자를 포함하는 공유 결합에 의해 연결된 둘 이상의 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 유사체를 의미하는 광의의 의미로 사용된다. 용어 "올리고뉴클레오티드"는 본 명세서에 정의된 바와 같이 올리고뉴클레오티드는 백 여개 이하의 뉴클레오티드를 포함하나, 공유 결합에 의해 연결된 둘 이상의 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 유사체의 의미로 본 명세서에서 사용된다
핵산은 핵산을 형성하는 연속적인 뉴클레오티드 모두가 하나 또는 그 이상의 공유 결합에 의해 서로 결합되거나 연결되어있는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 이러한 뉴클레오티드 각각이 2 개의 다른 뉴클레오티드와 결합되거나 연결되거는 것이고, 바람직하게는 포스포디에스테르 결합 또는 다른 결합에 의해 연속적인 뉴클레오티드의 길이를 형성하는 것이다. 그러나, 이러한 배열에서, 상기 2 개의 말단 뉴클레오티드, 즉, 바람직하게는 5' 말단과 3' 말단에 있는 뉴클레오티드는, 상기 배열이 원형이 아닌 선형 배열인 조건하에서 단일 뉴클레오티드에 서로 연결되며, 따라서, 원형 분자보다 선형분자이다.
본 발명의 다른 구현예에서, 핵산은 연속적인 뉴클레오티드의 최소 2 개의 기(groups)들을 포함하고, 이에 의해 연속적인 뉴클레오티드의 각 기 내의 각 뉴클레오티드는 2 개의 다른 뉴클레오티드와 결합되거나 연결되며, 바람직하게는 포스포디에스테르 결합 또는 다른 결합에 의해 연속적인 뉴클레오티드의 길이를 형성하는 것이다. 그러나, 이러한 배열에서, 상기 2 개의 말단 뉴클레오티드, 즉, 바람직하게는 5' 말단과 3' 말단에 있는 뉴클레오티드는, 단일 뉴클레오티드에만 서로 연결된다. 그러나, 구현예에서, 연속적인 뉴클레오티드의 두 개의 기들은 1 개 기의 하나의 뉴클레오티드와 1 개 기의 다른 하나를 결합하는 공유결합을 통해 서로 결합되거나 연결되지 않으며, 또는 공유결합을 통해 다른 기와 결합되거나 연결되지 않고, 바람직하게는 상기 2 개의 뉴클레오티드 중 하나의 당 부위(sugar moiety)와 상기 2 개의 뉴클레오티드 중 다른 하나의 인 부위(phosphor moiety) 간에 형성된 공유결합이다. 그러나, 대안적인 구현예에서, 상기 연속적인 뉴클레오티드의 두 개의 기들은 1 개 기의 하나의 뉴클레오티드와 1 개 기의 다른 하나를 결합하는 공유결합을 통해 서로 결합되거나 연결되며, 또는 공유결합을 통해 다른 기와 결합되거나 연결되고, 바람직하게는 상기 2 개의 뉴클레오티드 중 하나의 당 부위(sugar moiety)와 상기 2 개의 뉴클레오티드 중 다른 하나의 인 부위(phosphor moiety) 간에 형성된 공유결합이다. 바람직하게는, 연속적인 뉴클레오티드의 최소 2 개의 기가 어떠한 공유결합을 통해서도 결합되지 않는다. 다른 바람직한 구현예에서, 최소 2 개의 기는 포스포디에스테르 결합과 상이한 공유결합을 통해서 결합된다.
또한, 용어 핵산은 바람직하게는 D-핵산 또는 L-핵산을 포함한다. 바람직하게는, 핵산은 L-핵산이다. 또한, 핵산의 하나 또는 여러 부분이 D-핵산으로 존재하고, 핵산의 최소 1개 또는 여러 부분이 L-핵산인 것이 가능하다. 용어 핵산의 "부분(part)"은 하나의 뉴클레오티드 만큼 적은 것을 의미한다. 본 명세서에서 핵산은 일반적으로 각각 L- 및 D-핵산을 언급한다. 따라서, 바람직한 구현예에서, 본 발명의 핵산은 L-뉴클레오티드로 구성되고, 최소 1 개의 D-뉴클레오티드를 포함한다. 바람직하게는, D-뉴클레오티드는 임의의 길이의 말단 및 임의의 핵산의 말단에도 부착된다.
본 명세서에 사용되는 L-핵산은 L-뉴클레오티드로 구성된 핵산, 바람직하게는 L-뉴클레오티드로 완전히 구성된다.
본 명세서에 사용되는 D-핵산은 D-뉴클레오티드로 구성된 핵산, 바람직하게는 D-뉴클레오티드로 완전히 구성된다.
또한, 달리 언급하지 않는다면, 임의의 뉴클레오티드 서열은 5'→ 3' 방향으로 본 명세서에서 설명된다.
핵산이 D-뉴클레오티드, L-뉴클레오티드 또는 이들의 조합으로 구성되어 있는 지의 여부, 예컨대, 랜덤 조합 또는 최소 1 개의 L-뉴클레오티드와 최소 1 개의 D-뉴클레오티드로 구성된 길이의 소정의 서열에 상관없이, 핵산 분자는 데옥시리보 뉴클레오티드(들), 리보뉴클레오티드(들) 또는 이들의 조합으로 구성 될 수 있다.
핵산이 D-핵산, L-핵산, 이들의 혼합물, DNA 또는 RNA, 또는 각각 및 이들의 임의의 조합인지의 여부에 상관없이, 본 명세서에서 바람직하게 사용되는 용어 핵산은 단일-가닥 핵산 및 이중-가닥 핵산을 포함하며, 이에 의해 바람직하게는 본 발명의 방법을 실시하는 핵산 분자는 단일-가닥 핵산이다.
본 명세서에서 바람직하게 사용되는 용어 핵산은 변형된 핵산을 포함한다, 변형된 핵산은 뉴클레오티드-변형 RNA 또는 뉴클레오티드-변형 DNA 분자일 수 있고, 이에 의해 상기 RNA 또는 DNA 분자는 뉴클레아제 저항 기(nuclease resistant groups), 예컨대, 2'-아미노, 2'-C-알릴, 2'-플루오로, 2'-O-메틸, 2'-H(참조 Usman & Cedergren, 1992)로 각각의 뉴클레오티드에서 광범위하게 변형되어 변형에 의한 안정성을 향성시킬 수 있다.
본 명세서에서 바람직하게 사용되는 용어 핵산은 완전히 닫힌(closed) 핵산을 포함한다. 완전히 닫힌, 즉, 핵산을 위한 원형 구조를 의미하며, 핵산이 본 발명에 따라 결정되어야하는 뉴클레오티드 서열이 닫힌 경우이고, 바람직하게는 공유결합을 통한 것이며, 이에 의해 보다 바람직하게는 본 명세서에 개시된 바와 같이 핵산 분자 서열의 5' 말단과 3' 말단 간에 공유 결합이 생성된다.
본 명세서에서 바람직하게 사용되는 용어 핵산은 비-핵산 분자 부위(moiety)를 포함하는 임의의 핵산 분자를 포함한다. 이러한 비-핵산 분자 부위는 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 탄수화물, 하기에서 자세히 설명된 다양한 그룹을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 용어 핵산 e는 최소 1 개의 핵산 부위 및 세포와 같은 생물학적 시스템 내로 핵산 분자의 전달을 용이하게 하는 데 이용될 수 있는 최소 1 개의 추가적인 부위를 포함하는 컨쥬케이트 및/또는 복합체를 포함한다. 제공된 컨쥬케이트 및 복합체는 세포막을 가로질러 치료 화합물을 전달, 약동학을 변경 및/또는 본 발명의 핵산의 위치를 조절시킴으로서 치료 활성을 부여할 수 있다. 이러한 컨쥬케이트 및 복합체의 종류는 바람직하게 분자의 전달에 적합하며, 저분자, 지질, 인지질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 핵산, 항체, 독소, 음으로 하전된 중합체 및 다른 중합체, 예를 들어, 단백질, 펩타이드, 호르몬, 탄수화물, 폴리에틸렌 글리콜, 또는 세포막을 가로지르는 폴리아민을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 일반적으로, 상술된 수송체(transporters)는 분해가능한 링커와 함께 또는 링커 없이, 개별적으로 또는 다중-성분 시스템의 일부로서 이용될 수 있도록 설계된다. 이들 화합물은 혈청의 존재 또는 부재하에, 다른 조직으로부터 유래된 다수의 세포 유형들로 핵산 분자의 전달 및/또는 위치 파악을 향상시킬 것으로 예상된다(US 5,854,038 참조). 본 명세서에 기재된 분자의 콘쥬게이트는 생분해 핵산 링커 분자와 같은 생분해성 링커를 통해 생리 활성 분자에 부착될 수 있다.
결정되어야 하는 핵산 서열과 관련하여 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 비-핵산 부위는 PEG 부위(moiety), 즉, 폴리(에틸렌 글리콜) 부위 또는 HES 부위, 즉, 히드록시에틸 스타치 부위일 수 있다.
비-핵산 부위 및 바람직한 PEG 및/또는 HES 부위는 핵산 분자에 직접 또는 링커를 통하여 부착될 수 있다. 또한, 핵산 분자가 1 개 이상의 변이(modification), 바람직하게는 1 개 이상의 PEG 및/또는 HES 부위를 포함한다는 것은 본 발명의 범주 내에 있다. 구현예에서 개별 링커 분자는 핵산 분자에 1 개 이상의 PEG 잔기 또는 HES 부위를 부착시킨다. 본 발명과 관련하여 이용된 링커 자체는 직쇄 또는 측쇄(branched)일 수 있다. 이러한 종류의 링커는 당업계에서 통상의 지식을 가진 사람에게 공지되어 있으며, WO 2005/074993 및 WO 2003/035665 특허 출원에 기재되어 있다.
바람직한 구현예에서, 링커는 생분해성 링커이다. 핵산 분자로부터 변형의 방출로 인해, 생분해성 링커는 체류 시간의 관점에서 동물 체내에서 핵산 분자의 특성을 변형시킬 수 있으며, 바람직하게는 인체이다. 생분해성 링커의 사용은 핵산 분자의 체류 시간의 보다 나은 제어를 허용 할 수 있다. 이러한 생분해성 링커의 바람직한 실시예는 국제 특허 출원 WO 2006/052790, WO 2008/034122, 2005/099768 및 WO 2004/092191에 기재되어 있으며, 이에 한정되지 않고, 이에 의해 국제 특허 출원 WO 2004/092191 및 WO 2005/099768에서 링커는 폴리머릭 올리고뉴클레오티드 전구약물의 일부이고, 본 명세서에 기재된 바와 같이 핵산 분자와 생분해성 링커 사이에 1 개 또는 2 개의 변이(modification)로 구성된다.
본 명세서에서 바람직하게 사용되는 "뉴클레오티드"는, 자연 발생 DNA 뉴클레오시드 모노-, 디-, 및 트리포스페이트를 포함하나 이에 한정되지 않는다: 데옥시아데노신 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 데옥시구아노신 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 데옥시티미딘 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 데옥시시티딘 및 모노-, 디- 및 트리포스페이트.(각각 dA, dG, dT 및 dC 또는 A, G, C 및 T로 지칭). 또한, 용어 뉴클레오티드는 자연 발생 RNA 뉴클레오시드의 모노-, 디-, 및 트리포스페이트를 포함한다: 아데노신 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 구아닌 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 유리딘 모노-, 디- 및 트리포스페이트; 및 시티딘, 모노-, 디- 및 트리 포스페이트(본 명세서에서 각각 A, G, C 및 U로 지칭)는 염기-당-포스페이트 조합을 의미하며, 상기 조합은 핵산 분자의 모노머 단위, 즉, DNA 분자 또는 RNA 분자이다. 그러나, 즉, 용어 "뉴클레오티드"는 5' 위치가 인산화되고 -글리코실 C1'-N 결합을 통해 C-1'당 위치에 부착된 퓨린 또는 피리미딘-형 염기를 갖는 사이클릭 푸라노시드-형 당(RNA의 p-D/L-리보스 및 DNA의 P-D/L-2'-데옥시리보스)을 포함하는 임의의 화합물을 의미한다. 뉴클레오티드는 질량-변형된 뉴클레오티드, 그 중에서도 변성 염기(예컨대, 5-메틸 시토신)및 변성 당 기(예컨대, 2'-O-메틸 리보실, 2'-O-메톡시에틸 리보실, 2'-플루오로 리보실, 2'-아미노 리보실, 등)로 변형된 뉴클레오시드를 갖는 뉴클레오티드를 포함한 천연이거나 합성일 수 있다.
용어 "핵염기(nucleobase)"는 자연 발생 핵염기인 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T) 및 우라실(U) 뿐만 아니라 비-자연 발생 핵염기인 크산틴, 디아 미노푸린, 8-옥소-N6-메틸아데닌, 7-데아자크산틴, 7-데아자구아닌, N4,N4-에타노시토신, N6,N6 에타노-2,6-디아미노푸린, 5-메틸시토신, 5~(C3-C6)-알키닐-시토신, 5-플루오로우라실, 5-브로모우라실, 슈도이소시토신, 2-히드록시-5-메틸-4-트리아조로피리딘, 이소시토신, 이소구아닌, 이노신을 포함하고, 상기 비-자연 발생 핵염기는 미국 특허 US 5,432,272 및 프라이어 및 알트(Freier & Altmann, 1997)에 기재되어 있다. 따라서, 용어 "핵 염기"는 공지된 퓨린과 피리미딘 헤테로사이클 뿐만 아니라, 헤테로사이클릭 유사체 및 이들의 호변체(tautomers)를 포함한다.
단일-가닥 핵산이 고유하고 안정적인 삼차원 구조를 형성할 수 있으며, 항체와 같은 타겟 분자에 특이적으로 결합한다는 것은 본 발명의 범주 내에 있다. D-뉴클레오티드로 구성된 핵산 분자는 앱타머로 불린다. 앱타머는 저분자, 단백질, 핵산, 세포, 조직 및 유기체와 같은 여러 타겟 분자에 대하여 식별할 수 있고, 특정 타겟 분자의 인 비트로(in vitro) 및/또는 인 비보(in vivo ) 기능을 억제 할 수 있다. 앱타머는 일반적으로 인 비트로 선별로 부르는 타겟-직접 선별 과정 또는 SELEX(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment)(Bock et al, 1992; Ellington & Szostak, 1990; Tuerk & Gold, 1990)에 의해 식별된다. 앱타머의 본질적인 저분자량의 결과로 주로 뉴클레아제 분해 및 신장에 의한 체내로부터의 제거로 인해, 비-변성 앱타머는 수분 내지 몇 시간의 반감기로 신속하게 혈류로부터 제거된다. 이에 치료학적 앱타머를 사용하기 위해서는, 이들은 당(예컨대, 리보스) 백본(Burmester 등, 2006)의 2' 위치가 변형되어야 한다.
앱타머의 불안정성을 설명하기 위한 편재하는 뉴클레아제는 키랄 빌딩 블록, 즉, L-아미노산으로 구성된다. 따라서, 뉴클레아제의 구조는 본질적으로 키랄이고, 이는 입체특이성 기질의 인식을 야기한다. 이에, 이러한 효소들은 적절한 키랄 배열의 기질 분자만을 수용한다. 앱타머 및 자연 발생 핵산 분자는 D-뉴클레오티드로 구성되어 있기 때문에, L-올리고뉴클레오티드는 효소적 인식 및 후속 분해로부터 탈출해야 한다. 마찬가지의 원리로, 불행히도 이 경우, 자연은 거울상 핵산을 증폭하는 효소 활성을 개발하지 않는다. 따라서, L-핵산 앱타머는 SELEX 공정을 이용하여 직접적으로 획득할 수 없다. 입체의 원리이긴 하나, 최종적으로 원하는 기능성 L-핵산 앱타머에 이르도록 하는 우회를 알 수 있다.
인 비트로 선별된 (D-) 앱타머가 그의 자연적 타겟에 결합하면, 이 앱타머의 구조적 거울상은 동일한 특성을 가진 자연적 타겟의 거울상에 결합한다. 여기에, 양쪽 상호작용 파트너들은 동일(비자연적) 키랄성(chirality)을 갖는다. 생물체의 호모키랄성(homochirality) 및 가장 생화학적인 화합물, 에난티오-RNA 리간드는, 물론, 실제 사용에 제한적일 수 있다. 한편, 만약 SELEX 공정이 (비자연적) 거울상 타겟에 대하여 실시되는 경우, 이러한 (비자연적) 타겟을 인식하는 앱타머가 획득될 수 있다. 상기 앱타머-원하는 L-앱타머-차례의 해당 거울상 인식은 자연적 타겟을 인식한다. 생체안정성 핵산 분자의 생성을 위한 거울상 선별 과정은 최초로 1996년(Klussmann 등, 1996; 놀테 등, 1996)에 발표되었으며, 목적의 타겟 분자에 대한 높은 친화력 및 특이성뿐만 아니라 동시에 생물학적 안정성을 나타내는 기능성 거울상 핵산 분자 리간드의 생성을 초래하였다. 단일-가닥 핵산 분자는 '스피에겔머'(독일어 단어 '슈피겔', 거울)로 불리는 리간드-결합 L-핵산인 것은 본 발명의 범주 내에 있다(The Aptamer Handbook'; eds. Klussmann, 2006 참조).
그 중에서도, 본 발명의 핵산은 변이(modification)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 본 발명의 핵산이 검출되도록 변형된 것이다. 이러한 변형은 바람직하게는 방사성, 효소 및 형광 표지로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또한, 상기 변이는 자체 방사성, 효소 및 형광 표지로 이루어진 군으로부터 선택된 변형에 의해 변형될 수 있는 D-뉴클레오티드로부터 선택된다.
본 명세서에서 사용되는 다양한 서열번호들, 핵산, 펩타이드, 올리고펩타이드 및 단백질의 화학적 특성, 이들의 실제 서열과 내부 참조 번호는 하기 표에 요약하였다.
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상기들은 본 발명과 관련하여 사용된 바와 같이, 상기 분자의 표현인 것으로 이해될 것이다. 상기 표에서 나타내는 바와 같이, 첨부된 서열 목록은 단순한 아미노산 또는 이들의 뉴클레오티드 서열만을 반영하고, 상기 표에 개시된 분자의 임의의 추가적인 특징을 반영하지 않는다.
추가적인 특징, 실시형태 및 이점이 선택될 수 있는 도면, 실시예 및 서열 목록을 사용하여 본 발명을 더 설명한다.
도 1a는 L-중합효소 X의 활성 테스트를 위한 1-갭(gap) D-DNA 주형의 조성물을 나타내고;
도 1b는 L-중합효소 X의 활성 테스트를 위한 6-갭 D-DNA 주형의 조성물을 나타내며;
도 2a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(mass spectrometry)(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSL-OGp(1)의 분석을 나타내고;
도 3a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(mass spectrometry)(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-RREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKA-SMe(2)의 분석을 나타내며;
도 4a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(mass spectrometry)(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-CGERKCVLFIEWEKKTYQLDLFTALAEEKPYAIFHFTGPV SYLIRIRAALKKKNYKLNQYGLFKNQTLVPLKITTEKELI KELGFTYRIPKKRL-OH(3)의 분석을 나타내고;
도 5a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(mass spectrometry)(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSLRREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKA-SMe(4)의 분석을 나타내며;
도 6a-b는 SDS-PAGE(A) 및 질량 분석계(mass spectrometry)(B)에 의한 자연적 화학적 결합 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSLRREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKACGERKCVLFIEWEKKTYQLDLFTALAEEKPYAIFHFTGPVSYLIRIRAALKKKNYKLNQYGLFKNQTLVPLKITTEKELIKELGFTYRIPKKRL-OH(5)의 분석을 나타내고;
도 7은 D-중합효소 X의 활성 테스트를 위한 1-갭 L-DNA 주형의 조성물을 나타내고;
도 8은 1-갭 기질 상의 D-중합효소 X의 L-DNA 연장 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내며;
도 9a는 D-중합효소 X의 활성 테스트를 위한 6-갭 L-DNA 주형의 조성물을 나타내고;
도 9b는 6-갭 기질 상의 D-중합효소 X의 L-DNA 연장 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내며;
도 10a는 L-중합효소 X의 활성 어세이를 위한 프라이머-주형 복합체 D-DNA 기질을 나타내고;
도 10b는 일정한 온도에서 실시된 L-중합효소 X의 D-DNA 연장 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내며;
도 10c는 온도 사이클링을 이용하여 실시된 L-중합효소 X의 D-DNA 연장 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내고;
도 11a-b는 SDS-PAGE(A) 및 LC-ESI 질량 분석계(B)에 의한 합성 전-L-중합효소 dpo4 변이체(synthetic all-L-polymerase dpo4 variant) A155C의 분석을 나타내며;
도 12a는 L-중합효소 dpo4 변이체 A155C, V203C, C31S 및 A155C/V203C의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내고;
도 12b는 재조합체 및 합성 L-중합효소 dpo4의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내며;
도 12c는 L-중합효소 dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C, S86C/A155C/V203C 및 C31S/S86S/A155C/V203C의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내며;
도 12d는 L-중합효소 dpo4 변이체 M76G/A155C/V203C 및 M76A/A155C/V203C의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내고;
도 12e는 L-중합효소 dpo4 변이체 167C/A155C/V203C, S86G/A155C/V203C 및 S96C/A155C/V203C의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내고;
도 12f는 L-중합효소 dpo4 C-말단 절단 형태 △3, △6, △9, △12 및 △15의 D-DNA PCR 활성 어세이의 겔 전기영동을 나타내고;
도 13은 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-RTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2(1)의 분석을 나타내고;
도 14는 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Boc-VDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRG-OH(2)의 분석을 나타내며;
도 15는 질량 분석계에 의한 단편 축합 D-폴리펩타이드 산물 H- VDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2(3)의 분석을 나타내고;
도 16a-b는 RP-HPLC(A) 및 질량 분석계(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Z-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-벤질(benzyl)-티오에스테르(thioester)(4)의 분석을 나타내며;
도 17a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-RKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SMe(7)의 분석을 나타내고;
도 18a-b는 UPLC(A) 및 질량 분석계(B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPM-OGp(6)의 분석을 나타내며;
도 19a-b는 SDS-PAGE(A) 및 ESI 질량 분석계(B)에 의한 클로스트리파인 매개 D-폴리펩타이드 결합 산물 Ac- MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SMe(8)의 분석을 나타내고:
도 20a-b는 SDS-PAGE(A) 및 LC-ESI 질량 분석계(B)에 의한 전-L-중합효소 dpo4 단편(all-L-polymerase dpo4 fragment) 155-352(V203C)의 자연적 화학적 결합 산물의 분석을 나타내며;
도 21은 UPLC에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-CVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (9)의 분석을 나타내고;
도 22는 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-CVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (9)의 분석을 나타내며;
도 23은 UPLC에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPN-SBzl (11)의 분석을 나타내고;
도 24는 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPN-SBzl (11)의 분석을 나타내며;
도 25a-b는 UPLC (A) 및 ESI-LC-MS (B)에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Z-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-벤질-티오에스테르 (7)의 분석을 나타내고;
도 26a-b는 SDS-PAGE (A) 및 ESI-LC-MS (B)에 의한 전-D-펩타이드 자연적인 화학적 결합 산물 H-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIG VRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2 (8)의 분석을 나타내며;
도 27a-b는 SDS-PAGE (A) 및 ESI-LC-MS (B)에 의한 전-D-펩타이드 자연적인 화학적 결합 산물 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (11)의 분석을 나타내고;
도 28a-c는 SDS-PAGE (A 및 B) 및 ESI-LC-MS (C)에 의한 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C 자연적인 화학적 결합 산물의 분석을 나타내며;
도 29는 UPLC에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H-RKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (9)의 분석을 나타내고;
도 30은 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 H- RKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (9)의 분석을 나타내며;
도 31은 UPLC에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac-MIVLFVDFDY FYAQVEEVLNP SLKGKPVVV CVFSGRFEDS GAVATANYEA RKFGVKAGIP IVEAKKILPN AVYLPG-OGp (10)의 분석을 나타내고;
도 32는 질량 분석계에 의한 합성 D-폴리펩타이드 산물 Ac- MIVLFVDFDY FYAQVEEVLNP SLKGKPVVV CVFSGRFEDS GAVATANYEA RKFGVKAGIP IVEAKKILPN AVYLPG-OGp (10)의 분석을 나타내며;
도 33a-b는 SDS-PAGE (A) 및 ESI-LC-MS (B)에 의한 프로테아제 촉매된 전-D 결합 산물 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPGRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (11)의 분석을 나타내고;
도 34는 UPLC 프로파일 (A) 및 질량 스펙트럼 (B)에 의한 합성 조(crude) 전-D 펩타이드 H-KAIHVVAVT EDLDIVSRGR TFPHGISKET AYSESVKLLQ KILEEDERKI RRIGVRFSKF IEAIGLDKFF DT-NH2 (1)의 분석을 나타내며;
도 35는 UPLC 프로파일 (A) 및 질량 스펙트럼 (B)에 의한 합성 조(crude) 전-D 펩타이드 H-CDTLSIEF DKLKGMIGEA KAKYLISLAR DEYNEPIRTR VRKSIGRIVT MKRNSRNLEE IKPYLFRAIE ESYYKLDKRI P-OH (3)의 분석을 나타내고;
도 36은 UPLC 프로파일 (A) 및 질량스펙트럼 (B)에 의한, 단편 축합으로 합성된 H-CDTLSIEF DKLKGMIGEA KAKYLISLAR DEYNEPIRTR VRKSIGRIVT MKRNSRNLEE IKPYLFRAIE ESYYKLDKRI PKAIHVVAVT EDLDIVSRGR TFPHGISKET AYSESVKLLQ KILEEDERKI RRIGVRFSKF IEAIGLDKFF DT-NH2 (5)의 분석을 나타내며;
도 37은 UPLC 프로파일 (A) 및 질량 스펙스럼 (B)에 의한 합성되고 정제된 전-D 펩타이드 H CVYLPMRKEV YQQVSSRIMN LLREYSEKIE IASIDEAYLD ISDKVRDYRE AYNLGLEIKN KILEKEKITV TVGISKNKVF AKIA-NHNH2 (9)의 분석을 나타낸다.
실시예
본 실시예에서 하기의 약어를 이용한다.
ACN: 아세토나이트릴(acetonitrile)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
DCM: 디클로로메탄(dichloromethane)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
DIPEA: N,N-디이소프로필아민(N,N-diisipropylamine)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
EDT: EDT(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
Fmoc: 9-플루오레닐-메톡시카보닐(9-Fluorenyl-methoxycarbonyl-)
HATU: (2-(7-Aza-1H-benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate) (CreoSalus, Louisville KY, USA)
HFIP: 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로포스페이트 (1,1,1,3,3,3-hexafluoro phosphate)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
HPLC: 고속 액체 크로마토그래피(High-performance liquid chromatography) (종종 고성능액체크로마토그래피(high-pressure liquid chromatography)라고도 지칭함)
MeIm: 메틸 이미다졸(methyl imidazole)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
MeOH: 메탄올(methanol)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
MSNT: 1-(메시틸렌-2-설포닐)-3-니트로-1,2,4-트리아졸(1-(Mesitylene-2-sulfonyl)-3-nitro-1,2,4-triazole)(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)
NMP: N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone)(Iris Biotech GmbH, Marktredwitz, Deutschland)
PyBOP: (벤조트리아졸-1-일옥시)트리피롤리디노포스포니움헥사플루오로포스페이트((Benzotriazol-1-yloxy)tripyrrolidinophosphoniumhexafluorophosphat) (Merck KGaA, Darmstadt, Germany)
SDS: 소디움 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
TBTU: O-(벤조트리아졸-1-일)-N,N,N',N'- 테트라메틸우로늄테트라플로오로보레이트(O-(Benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluroniumtetrafluoroborat) (Merck KGaA, Darmstadt, Germany)
tBu: tert.-부틸-(tert.-Butyl-)
TFA: 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
TFE: 1,1,1-트리플루오로에탄올(1,1,1-trifluoroethanol)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
THF : THF(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
TIS: TIS(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
TLC: 박층 크로마토그래피(Thin layer chromatography)
Tris: 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(Tris(hydroxymethyl)aminomethane) (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)
UPLC: 고성능 액체 크로마토그래피 분석(Ultra-performance liquid chromatography)
실시예 1. 중합효소 X의 야생형(wild-type)의 변이체의 재조합체 발현 및 정제
아프리카 돼지 열 바이러스(African swine fever virus, 약어 ASFV) 유래 중합효소 X는 1997년에 Oliveros 등에 의해 기술되고 특정되었다. 중합효소 X의 야생 형 유전자는 개시 코돈(start codon) 및 종결 코돈(stop codon)을 포함하는 525개 염기쌍만의 개방형 해독틀(open reading frame, 약어 ORF)을 가진다(Oliveros et al, 1997). 코딩된 단백질은 174개 아미노산만의 길이를 가진다. 이 실시예는 중합효소 X 뿐만 아니라 그것의 변이체가 대장균에서 발현되고 His6-Tag를 사용하여 정제되는 방법에 대하여 기술한다.
1.1 발현 구조
ASFV의 코돈 사용빈도(codon usage)는 대장균과 상이하므로, 중합효소 X를 위해 대장균-코돈-최적화(E.coli-codon-optimized) 합성 유전자는 GeneArt AG (Regensburg, Germany)에서 구입하였다. 이 합성 유전자 서열은 pCR4-Blunt-TOPO 벡터에서 제공받았다(originator company: Invitrogen, Karlsruhe, Germany). 개시 코돈과 두 개의 종결 코돈을 포함하는 코돈-최적화된 개방형 해독틀(codon-optimized open reading frame)은 다음의 서열을 가졌다:
ATGCTGACCCTGATTCAGGGCAAAAAAATCGTGAACCATCTGCGTAGCCGTCTGGCCTTTGAATATAACGGCCAGCTGATTAAAATTCTGAGCAAAAACATTGTGGCGGTGGGCAGCCTGCGTCGTGAAGAAAAAATGCTGAACGATGTGGATCTGCTGATTATTGTGCCGGAAAAAAAACTGCTGAAACATGTGCTGCCGAACATTCGTATTAAAGGCCTGAGCTTTAGCGTGAAAGTGTGCGGCGAACGTAAATGCGTGCTGTTTATCGAATGGGAAAAAAAAACCTACCAGCTGGACCTGTTTACCGCGCTGGCCGAAGAAAAACCGTATGCGATCTTTCATTTTACCGGTCCGGTGAGCTATCTGATTCGTATTCGTGCGGCGCTGAAAAAAAAAAACTACAAACTGAACCAGTATGGCCTGTTTAAAAACCAGACCCTGGTGCCGCTGAAAATTACCACCGAAAAAGAACTGATTAAAGAACTGGGCTTTACCTATCGCATTCCGAAAAAACGCCTGTAATAA.
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X)로도 언급되는 중합효소 X를 위한 발현 구조를 얻기 위해, 중합효소 X의 유전자를 BamHI 및 PstI를 이용하여 pCR4-Blunt-TOPO로부터 절단하였고, pRSET-A 벡터(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)에 서브클론(subcloned) 하였다. 서브클로닝(subcloning)은 N-말단에 His6-Tag를 추가하였고 T7 프로모터(promoter)의 제어 하에 있는 유전자를 가져왔다. 그 구조를 pMJ14로 명명하였고, 대장균에서 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X)의 발현을 위해 사용하였다. pMJ14로부터 발현된 단백질 중합효소 X는 다음의 210개의 아미노산 서열을 가졌다:
MRGSHHHHHHGMASMTGGQQMGRDLYDDDDKDRWGSMLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSLRREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKVCGERKCVLFIEWEKKTYQLDLFTALAEEKPYAIFHFTGPVSYLIRIRAALKKKNYKLNQYGLFKNQTLVPLKITTEKELIKELGFTYRIPKKRL.
처음 36개의 아미노산은 몇 개의 스페이서(spacer) 아미노산 및 일부 다른 서열 태그(T7 유전자 10 리더(T7 Gene 10 leader), 항-발현 에피톱(Anti-Express Epitope))를 포함한 His6-Tag를 나타냈다. 최종 174개의 아미노산 부분은 ASFV에서 발견되는 중합효소 X 단백질 서열과 동일했다.
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X)의 변이체를 위한 발현 구조를 상업적으로 이용 가능한 QuikChange kit(Stratagene GmbH, Waldbronn, Germany)를 사용하여 제조사의 프로토콜에 따라 만들었다. 플라스미드 pMJ14를 주형(template)으로 사용하였다. QuikChange를 위해 필요한 올리고뉴클리오티드(Oligonucleotides)를 NOXXON facility(QC10_up, QC10_low)에서 합성하거나 Purime(Grebenstein, Germany)(QC26_up, QC26_low, QC27_up, QC27_low, QC31_up, QC31_low)로부터 구입하였다. 다음의 변이체 발현 구조는 대장균에서 전-L 중합효소(all-L polymerase)의 변이체의 발현을 위해 만들어지고 사용되었다:
변이체 발현구조 QuikChange 돌연변이 유발 절차를 위해 사용된 올리고뉴클레오티드 구조
I124G pMJ130 QC10_up
(5'- TCCGGTGAGCTATCTGGGTCGTATTCGTGCGGCG-3')
QC10_low
(5'- CGCCGCACGAATACGACCCAGATAGCTCACCGGA-3')
V80G pMJ356 QC26_up
(5'- TGAGCTTTAGCGTGAAAGGGTGCGGCGAACG-3')
QC26_low
(5'- CGTTCGCCGCACCCTTTCACGCTAAAGCTCA-3')
V80A pMJ357 QC27_up
(5'- TGAGCTTTAGCGTGAAAGCGTGCGGCGAACG-3')
QC27_low
(5'- CGTTCGCCGCACGCTTTCACGCTAAAGCTCA-3')
C86S pMJ412 QC31_up
(5'- TGAAAGTGTGCGGCGAACGTAAAAGCGTGCTGTTTA-3')
QC31_low
(5'- TAAACAGCACGCTTTTACGTTCGCCGCACACTTTCA-3')
1.2 대장균에서 단백질 발현
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X)는 발현 구조 pMJ14를 사용한 E.coli에서 발현되었다. 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X)의 변이체는 pMJ130, pMJ356, pMJ357 또는 pMJ412로부터 발현되었다. 발현을 위해, 적절한 발현 구조로 수용성 대장균주(competent E.coli strain) 'BL-21 (DE3) pLysS'(Novagen/VWR, Dresden, Germany)를 형질전환 하였고, 항생제 암피실린(Ampicillin)으로 유지하였다. 배양물(culture)을 37 ℃의 2YT 배지에서, 광학적 밀도(optical density)가 600 nm에서 약 0.6에 도달할 때까지 성장시켰다. 단백질 발현을 이소프로필 베타-D-1-티오갈락토필라노사이드(isopropyl beta-D-1-thiogalactopyranoside, 약어 IPTG)를 최종 농도 0.4 mM로 추가하여 유도하였다. 발현은 30 ℃에서 4시간 동안 수행되었다. 세포는 원심분리로 회수하고 -80 ℃에서 저장하거나 즉시 처리하였다.
1.3 단백질 정제
신선한 또는 냉동된 대장균 세포를 얼음에서 '용해 및 결합 버퍼(lyse and bind buffer)'(50 mM 인산나트륨(Na-Phosphate), pH 7.5, 500 mM NaCl, 40 mM 이미다졸(Imidazole))에 재현탁(resuspended)하고, '프렌치 프레스(French Press)'(G. Heinemann, Schwaeisch Gmuend, Germany) 세포 파쇄기를 사용하여 용해시켰다. 정제는 'Ni-NTA Superflow' 재료(Qiagen, Hilden, Germany)를 사용하여 4℃에서 수행하였다. 단계 용출(step elution)은 용출 버퍼(50 mM 인산나트륨(Na-Phosphate), pH 7.5, 500 mM NaCl, 200 mM 이미다졸(Imidazole))를 사용하여 수행하였다. 분획을 SDS-PAGE(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)를 사용하여 분석하고, 모으고(pooled), 필요한 경우 'Q Sepharose fast flow' 재료(GE healthcare, Freiburg, Germany)를 사용하여 'AKTA purifier' 시스템에서 음이온-이온교환 크로마토그래피(anion-ion-exchange chromatography)로 추가 정제하였다. 단백질 동일성을 MALDI 질량 분석계(mass spectometry)를 사용하여 확인하고, 적절한 분획을 모으고(pooled), 농축하고, 그리고 재완충(re-buffered)시켰다. 정제된 단백질을 25 mM 인산나트륨(Na-Phosphate), pH 7.5, 250 mM NaCl, 50 % 글리세롤(glycerol)로 구성된 버퍼에서 -20 ℃에 저장하였다. 단백질 농도를 소혈청 알부민(bovine serum albumin, 약어 BSA) 표준을 사용하여 BCA-단백질 분석(Pierce/Perbio Science, Bonn, Germany)에 의해 측정하였다.
실시예 2. 중합효소 X 및 중합효소 X의 변이체의 활성 확인
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 전-L 중합효소 X의 변이체(실시예 1 참조)에 대한 활성 분석을 올리고뉴클레오티드에 의해 형성된 상이한 타입의 기질 복합체(substrate complexes)를 이용하여 수행하였고, 상기 기질 및 올리고뉴클레오티드는 D-DNA-뉴클레오티드로 구성했다.
2.1 1-뉴클레오티드 갭(gap)을 가진 기질에 대한 활성 분석
1-갭(gap) 기질에 대한 올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 서열 (5'→3')
SP-1 15 GATCACAGTGAGTAC
D(g1)P 17 Phosphate-GTAAAACGACGGCCAGT
MJ_1_140_DD 33 ACTGGCCGTCGTTTTACAGTACTCACTGTGATC
MJ_1_141_DD 33 ACTGGCCGTCGTTTTACCGTACTCACTGTGATC
MJ_1_142_DD 33 ACTGGCCGTCGTTTTACGGTACTCACTGTGATC
SP1c+18(g1) 33 ACTGGCCGTCGTTTTACTGTACTCACTGTGATC
기질 복합체를 5' 말단 및 3' 말단 각각에서 주형 가닥(template strand)에 하이브리드된(hybridized), 각각 15 및 17 개의 뉴클레오티드로 구성된 두 개의 상이한 DNA 올리고 뉴클레오티드를 가지는, 33개의 뉴클레오티드로 구성된 DNA 올리고뉴클레오티드의 주형 가닥(아랫 가닥(lower strand)으로도 불리는)의 어닐링(annealing)에 의해 제조하였고, 윗 가닥(upper strand)에서 하나의 뉴클레오티드의 갭(gap)이 만들어졌다. 복합체는 갭 안의 주형 자리(template position)에 A, C, G 또는 T를 포함했다. 어닐링 이전에, 감마-32P-아데노신-트리포스페이트(ATP) 및 T4 폴리뉴클레오티드 키나제(polynucleotide kinase)를 이용하는 표준 키나제 반응(standard kinase reaction)에 의해, 15개의 뉴클레오티드로 구성된 올리고뉴클레오티드 SP-1에 32P로 그것의 5'-말단에 방사능 표지를 하였다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 표지에 사용되지 않은 감마-32P-ATP를 NAP-컬럼(GE healthcare)으로 정제하여 제거하였다.
활성 분석에서, 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 그것의 변이체는 D-배열된(configurated) 1-갭(gap) 기질 복합체와 결합되었다(도 1A 참조). 음성 대조군으로, 각 기질을 또한 전-L 중합효소 X, 그것의 변이체 및 D-dNTP(D-desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 1-갭(gap) 복합체 내의 주형 염기(template base)에 따라, 해당하는 D-dNTP만을 분석 동안 추가하였다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.7 ng/㎕ L- 전-L 중합효소 X(L-all-L polymerase X) 또는 그것의 변이체, 8 μM의 하나의 D-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. D-dNTP는 Rovalab (Teltow, Germany)으로부터 구입하였다. 배양 시간은 37 ℃에서 30분이었다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 시퀀싱 겔에 로딩하여 4시간 동안 분리시켰다. 겔을 -80 ℃에서 하룻밤 동안 Kodak K에 노출시키고 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 그것의 변이체 I124G, V80A 및 V80G은 이러한 조건 하에서 활성이 있었고 두 개의 윗 가닥(upper strand) DNA 올리고뉴클레오티드 사이의 1 뉴클레오티드 갭을 채웠다.
2.2 6-뉴클레오티드 갭(gap)을 가지는 기질에 대한 활성 분석
6-갭(gap) 기질에 대한 올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 서열 (5'→3')
SP-1 15 GATCACAGTGAGTAC
D(g6)P 12 Phosphate-ACGACGGCCAGT
SP1c+18(g6) 33 ACTGGCCGTCGTTCTATTGTACTCACTGTGATC
기질 복합체를 5' 말단 및 3' 말단 각각에서 주형 가닥(template strand)에 하이브리드된(hybridized), 각각 15 및 12 개의 뉴클레오티드로 구성된 두 개의 상이한 DNA 뉴클레오티드를 가지는, 33개의 뉴클레오티드로 구성된 DNA 올리고뉴클레오티드의 주형 가닥(아랫 가닥(lower strand)으로도 불리는)의 어닐링(annealing)에 의해 제조하였고, 윗 가닥(upper strand)에서 여섯 개 뉴클레오티드의 갭(gap)이 만들어졌다. 어닐링 이전에, 감마-32P-아데노신-트리포스페이트(ATP) 및 T4 폴리뉴클레오티드 키나제(polynucleotide kinase)를 이용하는 표준 키나제 반응(standard kinase reaction)에 의해, 15개의 뉴클레오티드로 구성된 올리고뉴클레오티드 SP-1에 32P로 그것의 5'-말단에 방사능 표지를 하였다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 표지에 사용되지 않은 감마-32P-ATP를 NAP-컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)으로 정제하여 제거하였다.
활성 분석에서, 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 그것의 변이체는 D-배열된(configurated) 6-갭(gap) 기질 복합체와 결합되었다(도 1B 참조). 음성 대조군으로, 각 기질을 또한 전-L 중합효소 X, 그것의 변이체 및 D-dNTP(D-desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.3 ng/㎕ 까지의 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 또는 그것의 변이체, 8 μM의 각 D-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. D-dNTP는 Rovalab (Teltow, Germany)으로부터 구입하였다. 전형적인 배양 시간은 37 ℃에서 30분이었다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 시퀀싱 겔에 로딩하여 4시간 동안 분리시켰다. 겔을 -80 ℃에서 하룻밤 동안 Kodak K에 노출시키고 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 그것의 변이체(C86S)가 이러한 조건 하에서 활성이 있었고 두 개의 윗 가닥(upper strand) DNA 올리고뉴클레오티드 사이의 6 뉴클레오티드 갭을 채웠다.
실시예 3. D-아미노산으로 구성되는 중합효소 Pol X의 변이체의 합성
본 실시예에서는 전-D 중합효소 X 변이체(all-D polymerase X variant) V80A의 합성이 기술된다. 전-D 중합효소 X 변이체 V80A의 아미노산 서열은 Ac-MLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSLRREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKACGERKCVLFIEWEKKTYQLDLFTALAEEKPYAIFHFTGPVSYLIRIRAALKKKNYKLNQYGLFKNQTLVPLKITTEKELIKELGFTYRIPKKRL-OH 이다.
사용된 모든 아미노산은 고체상 펩타이드 합성 Fmoc/tBu-전략적 요구사항(Solid-phase peptide synthesis Fmoc/tBu-strategy requirements) (Eric Atherton et al., 1981)에 따라 보호된다. 사용된 모든 아미노산은 D-아미노산이다(Bachem, Bubendorf, Switzerland).
3.1 HO-Gp(Boc) 2 의 합성
tert-부틸옥시카보닐-보호된 4-구아니디노페놀(tert-butyloxycarbonyl-protected 4-guanidinophenol)을 Sekizaki 등(Sekizaki et al.,1996)과 유사한 방식으로 합성하였다. 이것에 따르면, 40 mmol N,N '-비스(tert -부틸옥시카보닐)-S-메틸이소티오유레아(N,N '-Bis-(tert -butyloxycarbonyl)-S-methylisothiourea) (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland) 및 60 mmol 4-아미노페놀(4-aminophenol)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)을 500 ml 둥근 바닥 플라스크 내의 250 ml THF에 용해시켰다. 그 다음, 이 용액을 10 분 동안 아르곤(argon)으로 세척(flushed)하고, 염화칼슘(CaCl2) 튜브로 밀봉한 상태로 120 시간 동안 교반하였다.
용매를 증발시킨 후, 잔여물(residue)을 얼음처럼 차가운 메탄올로 침전시켰다. 침전물을 P4O10 위의 진공 하에서 건조시켰다. 최종적으로, 산물(product)을 DCM을 이용한 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)를 사용하여 정제했다. 분획을 포함하는 산물(product)을 모으고 용매를 감압하에 증발시켰다. 분석을 위해 TLC, 역상 HPLC, 질량 분석계(mass spectrometry) 및 NMR을 이용하였다. 실험적으로 측정된 양은 351 Da의 계산된 양에 상응한다.
3.2 H-d-Leu-OGp(Boc) 2 의 합성
1 mmol Z-D-Leu-OH(Bachem, Bubendorf, Switzerland), 0.9 당량 TBTU 및 0.9 당량 HO-Gp(Boc)2 를 10 ml DMF에 용해시켰다. 2 당량 DIPEA를 추가한 후, 2 시간 동안 용액을 교반하였다. 용액을 증발시킨 후, 원시 산물(raw product)을 DCM을 이용한 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)를 사용하여 정제했다. Z-D-Leu-OGp(Boc)2의 순수한 분획을 모으고 용매를 증발시켰다.
Z-D-Leu-OGp(Boc)2을 10 ml 메탄올(MeOH)에 용해시키고 아르곤(argon)으로 세척(flushed)하였다. N-말단 Z-기의 가수 분해 절단을 Pd/C 촉매 및 H2를 추가함으로써 2 시간 동안 수행하였다. H-d-Leu-OGp(Boc)2를 여과한 후, 메탄올(MeOH)을 감압하에 증발시켰다. 분석을 역상 HPLC 및 질량 분석계를 이용하여 수행하였다. 산물에 대해 465 Da의 정확한 질량(correct mass)을 발견하였고, 이는 계산된 질량에 대응한다.
3.3 전-D-펩타이드(all-D-peptide) AcMLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNI VAVGSL-OGp(1) 의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지(Rapp Polymere, Tuebingen, Deutschland)를 Barlos 등(Barlos et al., 1989)에 의해 기술된 바와 같이 Fmoc-d-Ser(tBu)-OH(Bachem, Bubendorf, Switzerland)와 함께 로딩하였다. 따라서 0.10 mmol 수지를 0.6 mmol 티오닐클로라이드(thionylchloride)와 30 분 동안 2번 배양하였고, 이어서 DCM으로 세척하였다. 그 다음, 수지를 6 ml DCM 내의 0.6 mmol Fmoc-d-Ser(tBu)-OH, 2.4 mmol DIPEA와 90 분 동안 배양하였다. 그 다음, 수지를 DCM 내의 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v) 용액을 이용하여 10 분 동안 세 번 차단(blocked)하였고, DCM으로 세척하였다. FASTmoc 프로토콜을 가지는 ABI 433(Applied Biosystems, Foster City, USA)을 이용하여 자동화된 합성을 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP 내의 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화 되었다. 커플링 시간(coupling time)은 45분이었고, Fmoc-탈보호(deprotection)를 NMP 내의 20% (v/v) 피페리딘(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Deutschland)으로 7 분 동안 3 번 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산(peptide acid)의 절단(cleavage)은 10 ml의 DCM 내의 30% (v/v) HFIP 내에서 펩티딜 수지(peptidyl resin)를 2 시간 동안 배양함으로써 이루어졌다. 펩타이드를 여과한 후, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)를 이용하여 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조시켰다.
0.01 mmol의 완전히 보호된 펩타이드, 4 당량 PyBOP 및 5 당량 H-d-Leu-OGp(Boc)2를 6 ml NMP에 용해시켰다. 10 당량 DIPEA을 첨가한 후, 혼합물을 4 시간 동안 교반하였다. 그 다음, 용매를 감압 하에서 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스테르(peptide ester)를 건조시키고 이어서 보호기(protection groups)를 2.5% EDT, 2.5% water, 2.5% TIS를 이용하여 2 시간 동안 절단시켰다. TFA의 증발 후, 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스테르(peptide ester)의 역상 HPLC 정제는 C18 컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 ACN/물 구배(gradient)를 이용하여 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC/UPLC(도 2A) 및 질량 분석계(도 2B)에 의해 특정하였다. 산물에 대한 측정된 질량 4654.7 Da은 이론적인 질량 4652.7 Da에 상응한다.
3.4 전-D-펩타이드(all-D-peptide) H-RREEKLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSF SVKA-SMe(2) 의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-NH2 수지(Rapp Polymere, Tuebingen, Deutschland)를 6 ml NMP 내의 5 당량 아미노산, 당량 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPEA를 이용하여 Fmoc-d-Ala-OH와 함께 45 분 동안 로딩하였다. 이어서 수지를 THF로 세척하였다. Fmoc-d-Ala-ψ[CS-NH]-R-TentaGel로의 전환을 2 시간 동안 80 ℃에서 4 당량 Lawesson 시약과 함께 배양함으로써 수행하였다. 그 다음, 수지를 NMP로 세척하였다. 이어서 이렇게 준비된 수지를 상기에 기술된 바와 같이 자동 펩타이드 합성에 사용하였다(실시예 1.3 참조).
그 다음, 상응하는 티오에스테르(thioester)를 Sharma 등(Sharma et al., 2011)에 따라 하룻밤 동안 DMF 내에서 아이오딘화 메틸(methyl iodide)과 함께 배양함으로써 제조하였다. 수지를 여과한 후, 용매를 포함하는 펩타이드 티오에스테르를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 사용하여 침전시켰다. 측쇄 보호기(side chain protection groups)의 절단을 TFA 내의 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS와 함께 두 시간 동안 수행하였다. TFA의 증발 후에, 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 티오에스테르의 역상 HPLC 정제를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC/UPLC(도 3A) 및 질량 분석계(도 3B)에 의해 특정하였다. 산물에 대한 측정된 질량(4683.8 Da)은 이론적인 값 4681.7 Da에 상응한다.
3.5 전-D- 펩타이드 (all-D-peptide) H-CGERKCVLFIEWEKKTYQLDLFTALAEEKPYA IFHFTGPVSYLIRIRAALKKKNYKLNQYGLFKNQTLVPLKITTEKELI KELGFTYRIPKKRL-OH(3) 의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-PHB 수지(Rapp Polymere, Tuebingen, Deutschland)를 DCM 내의 6 당량 아미노산, 6 당량 MSNT 및 4.5 eq MeIm을 사용한 Fmoc-d-Leu-OH와 함께 로딩하였다. 자동화된 합성을 FASTmoc 프로토콜을 가지는 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP 내의 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 사용하여 활성화되었다. 커플링 시간(coupling time)은 45 분이었고, Fmoc-탈보호(deprotection)를 NMP 내의 20% (v/v) 피페리딘과 함께 7 분 동안 세 번 수행하였다. 더블 커플링(double coupling) 단계를 42 아미노산 후에 수행하였다. N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 절단을 2 시간 동안 TFA 내의 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS을 이용하여 수행하였다. TFA의 증발에 이어서, 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 조(crude) N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 역상 HPLC 정제를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 수행하였다. 분획을 포함하는 산물을 모으고 동결 건조하였다. 이어서 Fmoc-보호된 펩타이드를 N-말단 Fmoc-기의 절단을 위해 DMF 내의 20% 피페리딘에 용해시키고 교반하였다. 20 분 후에, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 사용하여 침전시켰다. 이어서 침전된 조(crude) 펩타이드를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)을 사용하는 역상 HPLC로 정제하였다. 분획을 포함하는 산물을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC/UPLC(도 4A) 및 질량 분석계(도 4B)에 의해 특정하였다. 산물에 대한 측정된 질량(11184.3 Da)은 이론적인 질량 11178.2 Da에 상응한다.
3.6 펩타이드 1 및 펩타이드 2의 단백질 분해 효소- 촉매화된 결합(protease-catalyzed ligation)에 의한 전-D- 펩타이드 (all-D-peptide) Ac-MLTLIQGKKIVNHLRSRLAFEYNGQLIKILSKNIVAVGSLRREEKMLNDVDLLIIVPEKKLLKHVLPNIRIKGLSFSVKA-SMe(4) 의 합성
2 % Triton X100(Sigma Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Germany)를 포함하는 인산나트륨 버퍼(100 mM, pH 8.5, with 100 mM NaCl)에 펩타이드 1은 0.2 mM로, 펩타이드 2는 0.6 mM로 용해시켰다. 20 ㎕ 클로스트리페인(Clostripain)(엔도프로테아제(Endoprotease) Arg-C, Worthington Biochemical Corporation, Lakewood, N.J., USA)을 첨가한 후, 반응 혼합물을 37 ℃에서 하룻밤 동안 흔들어 주었다. 침전된 펩타이드를 원심분리하고, H20/ACN/포름산 60/40/0.5에 용해시키고, 30분 내에 30% 내지 60 %의 물 내의 ACN의 구배를 가지는 RP-18-컬럼 (Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)을 이용하는 역상 HPLC로 정제하였다. 분획을 포함하는 산물을 모으고 동결 건조하였다.
최종 펩타이드를 역상 UPLC(도 5A) 및 ESI-질량 분석계(도 5B)로 분석하였다. 이론적인 분자량(M theor = 9199.3 Da)은 관찰된 분자량(Mobs = 9199.4 Da)에 상응한다.
3.7 펩타이드 3 및 펩타이드 4의 자연적인 화학적 결합(Native Chemical Ligation)에 의한 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체의 합성
펩타이드 3 및 4 모두를 6 M 구아니딘염산(GuanidinHCl)(Sigma Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Germany), 200 mM 멀캅토페닐-아세트산(mercaptophenyl-acetic acid)(Sigma Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Germany) 및 5 mm 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드(Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride) (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Germany)를 포함하는 트리스 버퍼(TRIS-buffer)(pH 8.6) 내에 0.2 M로 용해시켰다. 반응 혼합물을 72 시간 동안 실온에서 흔들어 주었다. 그 다음, 혼합물을 30분 내에 30% 내지 60 %의 물 내에 ACN의 구배를 가지는 RP-8-컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)을 이용한 역상 HPLC에 의해 정제하였다. 결합 산물(ligation product)을 포함하는 분획을 모으고 건조하였다. 건조 분말을 물에 용해하고 용리제(eluent)로서 소듐-버퍼 포스페이트(sodium-buffer phosphate)(Sigma Aldrich Chemie GmbH, Schnelldorf, Germany) (50 mM, pH 6.8, 0.5% SDS)를 가지는 SEC3000-컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)을 이용한 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)에 의해 정제하였다. 분획을 포함하는 산물을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 SDS-PAGE(도 6A) 및 ESI-질량 분석계(도 6B)에 의해 분석하였다. 7번 레인에서 명확한 밴드가 순수한 전체 길이 중합효소를 가리키는 14.4 kDa과 21.5 kDa 사이에서 발견되었다. 이론적인 분자량(M theor = 20342 Da)은 ESI-MS에 의해 보여진 관찰된 분자량(Mobs = 20361 Da)에 상응한다.
실시예 4. D-아미노산으로 구성된 합성 중합효소 X 변이체의 활성 확인
실시예 3에 따라 건조된 전-D 중합효소 X 변이체(all-D polymerase X variant) V80A를 6 M 염산 구아니딘(guanidinium hydrochloride)에 용해시키고 분자량 3,500 컷-오프(cut-off)를 가지는 상업적으로 이용 가능한 의료용 투석장치(Pierce/PerBio, Bonn, Germany)에서 단계적 투석에 의해 4℃에서 다시 폴딩 상태로 되돌렸다(refolded). 최종 버퍼는 50 mM 인산나트륨(sodium phosphate), 500 mM 염화나트륨(sodium chloride), pH 7.5이다. 단백질 농도를 SYPRO-RED 염색(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)에 따른 알려진 단백질의 표준 시리즈 및 BioRad Fx scanner instrument 상의 덴시오매트릭(densiometric) 밴드를 이용한 프리-캐스트 겔(pre-cast gels)(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 상의 SDS-PAGE에 의해 측정하였다.
전-D 중합효소 X 변이체(all-D polymerase X variant) V80A에 대한 활성 분석은 상이한 두 개의 기질 타입을 가지고 수행되었다:
4.1 1-뉴클레오티드 갭(gap)을 가지는 기질에 대한 활성 분석
기질을 17-mer 윗가닥(upper strand) DNA를 가지는 33-mer 아랫 가닥(lower strand) DNA 올리고뉴클레오티드를 어닐링(annealing)함으로써 제조하였고, 윗 가닥(upper strand)에서 하나의 뉴클레오티드의 갭(gap)이 만들어졌다. 올리고 뉴클레오티드는 L-배열로 합성했다. 어닐링 이전에, 감마-32P-아데노신-트리포스페이트(ATP) 및 T4 폴리뉴클레오티드 키나제(polynucleotide kinase)를 이용하는 표준 키나제 반응(standard kinase reaction)에 의해, 17-mer 윗 가닥(upper strand) 올리고뉴클레오티드 MJ_1_58_MD에 32P로 그것의 5'-말단에 방사능 표지를 하였다. L-올리고뉴클레오티드 MJ_1_58_MD의 키나제 반응을 용이하게 하기 위해, 두 개의 D-배열된(configurated) 구아노신 염기(guanosine bases)를 올리고뉴클레오티드 합성 중 5' 말단에 첨가하였다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 표지에 사용되지 않은 감마-32P-ATP를 NAP-컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)으로 정제하여 제거하였다. 복합체는 갭(gap) 내의 주형 자리(template position)에 A, C, G 또는 T를 포함했다. 기질 복합체의 구조(setup)를 위해서 도 7을 참조한다.
활성 분석에서, 합성 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A를 L-배열된(configurated) 1-갭(gap) 기질 복합체와 결합시켰다. 음성 대조군으로, 각 기질을 또한 전-D 중합효소 X 변이체 V80A 및 L-dNTP(L-desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 1-갭(gap) 복합체 내의 주형 염기(template base)에 따라, 해당하는 D-dNTP만을 분석 동안 추가하였다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.7 ng/㎕ 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A, 8 μM의 하나의 L-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. L-dNTP는 Rasayan, Inc. (Encinitas, CA, USA)으로부터 맞춤형 합성(custom synthesis)으로 구입하였다. 배양 시간은 37 ℃에서 30분이었다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 시퀀싱 겔에 로딩하여 4시간 동안 분리시켰다. 겔을 -80 ℃에서 하룻밤 동안 Kodak K에 노출시키고 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A는 L-DNA 1-갭 기질에 연장 산물을 제공하고, 따라서 합성 단백질의 활성을 확인하였다. 주목할만하게, L-기질 및 L-dNTP와 결합된 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A만이 임의의 연장 산물(elongation product)을 제공한다. 또한, 그것들의 주형 염기(template base)에 대응하는 L-dNTP를 포함하는 샘플만이 연장 산물(elongation product)을 생산한다. 그것은 임의의 연장 산물(elongation product)을 수득하기 위해 A-복합체 dTTP 뉴클레오티드, C-복합체 dGTP 뉴클레오티드, G-복합체 dCTP 뉴클레오티드, 및 T-복합체 dATP 뉴클레오티드가 존재해야만 한다는 것을 의미한다.
4.2 6-뉴클레오티드 갭(gap)을 가지는 기질에 대한 활성 분석
기질을 17-mer 및 12-mer 윗가닥(upper strand) DNA를 가지는 33-mer 아랫 가닥(lower strand) DNA 올리고뉴클레오티드를 어닐링(annealing)함으로써 제조하였고, 윗 가닥(upper strand)에서 여섯 개의 뉴클레오티드의 갭(gap)이 만들어졌다. 올리고 뉴클레오티드는 L-배열로 합성했다. 어닐링 이전에, 감마-32P-아데노신-트리포스페이트(ATP) 및 T4 폴리뉴클레오티드 키나제(polynucleotide kinase)를 이용하는 표준 키나제 반응(standard kinase reaction)에 의해, 17-mer 윗 가닥(upper strand) 올리고뉴클레오티드 MJ_1_58_MD(L-배열(configuration))에 32P로 그것의 5'-말단에 방사능 표지를 하였다. L-올리고뉴클레오티드 MJ_1_58_MD의 키나제 반응을 용이하게 하기 위해, 두 개의 D-배열된(configurated) 구아노신 염기(guanosine bases)를 올리고뉴클레오티드 합성 중 5' 말단에 첨가하였다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 표지에 사용되지 않은 감마-32P-ATP를 NAP-컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)으로 정제하여 제거하였다. 기질 복합체의 구조(setup)를 위해서 도 9A을 참조한다.
활성 분석에서, 합성 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A를 L-배열된(configurated) 6-갭(gap) 기질 복합체와 결합시켰다. 음성 대조군으로, 기질을 또한 전-D 중합효소 X 변이체 V80A 및 L-dNTP(L-desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.3 ng/㎕ 까지의 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A, 8 μM의 각 L-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. L-dNTP는 Rasayan, Inc. (Encinitas, CA, USA)으로부터 맞춤형 합성(custom synthesis)으로 구입하였다. 전형적인 배양 시간은 37 ℃에서 30분이나, 배치(batch)의 활성에 따라 더 긴 배양이 사용될 수 있다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 시퀀싱 겔에 로딩하여 4시간 동안 분리시켰다. 겔을 -80 ℃에서 하룻밤 동안 Kodak K에 노출시키고 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
도 9b에 나타낸 바와 같이, 합성 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A는 L-DNA 6-갭 기질에 N+6 연장 산물을 제공하고, 따라서 합성 단백질의 활성을 확인하였다. 그러나, N+6 연장 산물의 합성은 동일한 6-갭 복합체에 대한 N+1 연장 산물보다 덜 분명했다. 또한 증가된 배양 시간이 6-갭을 채우기 위해 필요했다. 주목할만하게, L-dNTP가 더해진 L-기질을 가진 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X) 변이체 V80A만이 임의의 연장 산물을 제공한다.
실시예 5. 중합효소 X 및 중합효소 X의 변이체에 의한 DNA 합성
아프리카 돼지 열 바이러스 (약어 ASFV) 유래 중합효소 X는 문헌(Oliveros, 1997)에 갭 복구 기능을 가지는 널리 분포된 효소로서 기술된다. 실시예 2에 나타낸 바와 같이, 전-L-중합효소 X 및 그것의 변이체는 간격이 있는 기질(gapped substrates)에 대한 각 개시(initiation) 후에 매우 적은 수의 뉴클레오티드의 포함(incorporation)만을 촉매화 하는 것으로 보인다. 여기서 본 발명자들은 더 긴 DNA를 합성하기 위한 전-L-중합효소 X 및 변이체를 사용한 방법을 개시하고 83-mer 가닥의 완전한 중합(polymerization)을 보인다.
5.1 프라이머-주형 기질
프라이머-주형 복합체(primer-template complex)가 전-L-중합효소 X 및 그것의 변이체의 활성을 테스트하기 위해 사용되었다. 동일한 복합체가 전-L-중합효소 X의 변이체 V80G 및 V80A를 테스트하기 위하여 사용되었다.
갭(gap)이 없는 프라이머-주형 복합체를 위한 D-올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 배열(Configuration) 서열 (5'→3')
MJ_1_33_DD 19 D Atto532-GGAGCTCAGACTGGCACGC
MJ_1_1_DD 83 D GTGGAACCGACAACTTGTGCTGCGTCCAGCATAAGAAAGGAGCTCCCTCAGAAGAAGCTGCGCAGCGTGCCAGTCTGAGCTCC
기질을 19 개의 뉴클리오티드로 구성된 DNA 올리고뉴클레오티드를 가지는 83 개의 뉴클레오티드로 구성된 주형 가닥 DNA 올리고뉴클레오티드(MJ_1_1_DD)를 어닐링(annealing)함으로써 제조하였다. 올리고뉴클레오티드를 NOXXON에서 합성하였다. 올리고뉴클레오티드 MJ_1_33_DD는 형광 염료 Atto-532(AttoTec, Siegen, Germany)를 운반한다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 프라이머-주형 복합체는 도 10a에 묘사된다.
5.2 일정한 온도에서 반응
활성 분석에서, 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 및 전-L 중합효소 X의 변이체 V80G 또는 V80A는 D-배열된(configurated) 프라이머-주형 복합체(primer-template complex)와 결합되었다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.3 ng/㎕ 까지의 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 또는 전-L 중합효소 X의 변이체 V80G 또는 V80A, 8 μM의 각 D-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. D-dNTP는 Rovalab (Teltow, Germany)으로부터 구입하였다. Pol-X 샘플을 위한 배양 시간은 37 ℃에서 30분이었다. 음성 대조군으로, 기질을 또한 임의의 전-L 중합효소 X 또는 그것의 전-L 중합효소 X의 변이체 V80G 또는 V80A 및 D-dNTP(D-desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 양성 대조군은 제조사에 의해 공급된 Taq 버퍼에서 0.083 U/㎕의 최종 농도로 사용된 Taq 중합효소(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)를 이용하여 수행하였다. Taq 샘플을 60 ℃에서 30분간 배양하였다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 겔에서 분리시켰다. 겔을 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 또는 전-L 중합효소 X의 변이체 V80G 또는 V80가 활성이 있었으나, 전체 83-mer 주형의 중합(polymerization)을 완결할 수 없었다. Taq 중합효소 양성 대조군은, 도 10B에 나타낸 바와 같이, 83-mer 주형의 완전한 중합(polymerization)을 보인다.
5.3 열 순환 조건(thermal cycling conditions) 하의 반응
개시(initiation) 이후에 전-L 중합효소 X가 하나의 뉴클레오티드의 포함(incorporation)만을 촉매화하고, 이후 DNA 기질에 머무는 동안 일시 중지한다는 가정하에, 본 발명자들은 전-L 중합효소 X가 주형으로부터 분리되고 다시 연결되는 것을 허용하기 위해 반복적인 열 펄스(heat pulses)(50 ℃, 2분)를 수행하였다. 이러한 반복적인 열 순환 과정을 사용하여 본 발명자들은 전-L 중합효소 X를 가지고 83-mer의 완전한 중합(polymerization)을 수행할 수 있었다. 반응 및 제어는 아래와 같이 전-L 중합효소 X 샘플의 온도 프로파일이 실행된 것을 제외하고, 일정한 온도를 위해 상기에 기술된 바와 같이 설정되었다:
5 내지 25 순환은 (20 ℃에서 30분//50 ℃에서 2분)
그 다음 최종 단계로 20 ℃에서 30분
15 순환으로부터 계속 전-L 중합효소 X가, 양성 대조군과 유사하게 도 10c에 나타낸 바와 같이, 전체 83-mer 주형 가닥을 중합할 수 있음을 관찰하였다.
실시예 6. D-아미노산으로 구성된 합성 중합효소 X 변이체를 사용한 프라이머 연장
본 실시예에 개시된 방법은 전-D 배열된(configurated) 중합효소를 테스트하기 위해 L-배열된(configurated) 기질을 사용한다.
6.1 프라이머-주형 기질
갭(gap)이 없는 프라이머-주형 복합체를 위한 D-올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 배열(Configuration) 서열 (5'→3')
MJ_1_109_MD 21 처음 두 개 = D, 나머지는 L D(GG)-L(GGAGCTCAGACTGGCACGC)
MJ_1_105_LD 83 L GTGGAACCGACAACTTGTGCTGCGTCCAGCATAAGAAAGGAGCTCCCTCAGAAGAAGCTGCGCAGCGTGCCAGTCTGAGCTCC
기질을 19-mer 윗 가닥(upper strand) DNA 올리고뉴클레오티드를 가지는 83-mer 아랫 가닥(lower strand) DNA 올리고뉴클레오티드를 어닐링(annealing)함으로써 제조하였다. 올리고뉴클레오티드를 L-배열(configuration)로 NOXXON의 내부 시설에서 합성하였다. 어닐링 이전에, 감마-32P-아데노신-트리포스페이트(ATP) 및 T4 폴리뉴클레오티드 키나제(polynucleotide kinase)를 이용하는 표준 키나제 반응(standard kinase reaction)에 의해, 21-mer 윗 가닥(upper strand) 올리고뉴클레오티드 MJ_1_109_MD에 32P로 그것의 5'-말단에 방사능 표지를 하였다. L-올리고뉴클레오티드 MJ_1_109_MD의 키나제 반응을 용이하게 하기 위해, 두 개의 D-배열된(configurated) 구아노신 염기(guanosine bases)를 올리고뉴클레오티드 합성 중 5' 말단에 첨가하였다. 어닐링을 10 mM Tris-HCl, 5 mM MgCl2, pH 8.0에서 65 ℃에서 10분간 가열하고 천천히 식힘으로써 수행하였다. 표지에 사용되지 않은 감마-32P-ATP를 NAP-컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)으로 정제하여 제거하였다.
6.2 일정한 온도에서 반응
활성 분석에서, 합성 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X)의 변이체 V80A는 L-배열된(configurated) 프라이머-주형 복합체(primer-template complex)와 결합되었다. 전형적인 6 ㎕ 분석은 50 nM 기질 복합체, 1.3 ng/㎕ 까지의 전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 또는 전-L 중합효소 X의 변이체 V80G 또는 V80A, 8 μM의 각 L-dNTP 및 버퍼(50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2, 4 % 글리세롤, 0.1 mg/ml 소혈청 알부민(BSA), pH 7.5)를 포함했다. L-dNTP는 Rasayan, Inc.(Encinitas, CA, USA)으로부터 구입하였다. 배양 시간은 37 ℃에서 적어도 30분이었다. 음성 대조군으로, 기질을 또한 임의의 중합효소 및 L-dNTP(desoxy-nucleotide-triphosphates) 없이 배양하였다. 전체 분석 부피(volume)를 샘플 버퍼/염료(buffer/dye)와 혼합하고, 변성 겔에서 분리시켰다. 겔을 BioRad Fx phosphoimager 시스템을 사용하여 판독하였다.
합성 전-D 중합효소 X(all-D polymerase X)의 변이체 V80A는 이 조건 하에서 활성이 있었으나-전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 대응부분(counterpart)과 유사하게- 전체 83 개의 뉴클레오티드 주형 가닥을 중합(polymerization)할 수 없었다.
6.3 열 순환 조건(thermal cycling conditions) 하의 반응
실시예 5와 유사하게 반복된 열 순환 과정을 전-D 중합효소 X(all-D Polymerase X) 변이체 V80A를 가지는 83-mer L-기질의 전체 중합(polymerization)을 허용하기 위해 사용한다. 반응 및 제어는 일정 온도에서 온도 프로파일이 아래와 같이 실행되었던 것을 제외하고 상기에 기술된 바와 같이 설정되었다:
5 내지 25 순환은 (20 ℃에서 30분//50 ℃에서 2분)
그 다음 최종 단계로 20 ℃에서 30분
전-D 중합효소 X(all-D Polymerase X) 변이체 V80A가-전-L 중합효소 X(all-L polymerase X) 대응부분(counterpart)과 유사하게-열 순환 연장을 이용하는 경우 전체 83-mer 주형 가닥을 중합할 수 있음을 관찰하였다.
실시예 7. 모두 L-아미노산으로 구성되는 중합효소 Dpo4 Dpo4의 변이체의 재조합체 발현 및 정제
중합효소 Dpo4는 원래 설폴로버스 솔파타리쿠스(Sulfolobus solfataricus, 약어 Sso)(Boudsocq, 2001)에서 발견되었다. 야생형 유전자는 개시 코돈 및 종결 코돈을 포함하는 1,059개의 염기쌍의 이용 가능한 해독틀(open reading frame, ORF)을 가진다. 코딩된 단백질은 352개의 아미노산의 길이를 가진다. 본 실시예는 중합효소 Dpo4 및 중합효소 Dpo4의 변이체가 대장균에서 발현되고 Strep-Tag를 사용하여 정제되는 방법에 대해 기술한다.
7.1 발현 구조
Sso의 코돈 사용빈도(codon usage)는 대장균과 상이하므로, 야생형 Sso 중합효소 Dpo4를 위해 대장균-코돈-최적화된(E.coli-codon-optimized) 합성 유전자를 GeneArt AG(Regensburg, Germany)로부터 구입하였다. 이 합성 유전자 서열은 pENTRY-IBA10 벡터에서 제공되었다(originator company: IBA GmbH, Goetingen, Germany). 개시 코돈을 포함하나 종결 코돈을 포함하지 않는 코돈-최적화된 개방형 해독틀(odon-optimized open reading frame)은 다음의 서열을 가졌다:
AGCCATTGGCCTGGATAAATTTTTTGATACC.
전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)로도 언급되는 중합효소 Dpo4를 위한 발현 구조를 얻기 위해, 유전자를 상업적으로 이용 가능한 StarGate cloning kit (IBA GmbH)를 이용하여 pENTRY-IBA10로부터 pASG-IBA5 벡터(IBA GmbH, Goetingen, Germany)로 서브클론(subcloned) 하였다. 서브클로닝(subcloning)은 N-말단에 Strep-Tag II, 그리고 C-말단에 종결 코돈을 추가하였고 tet 프로모터(promoter)의 제어하에 있는 유전자를 가져왔다. 그 구조를 pMJ343로 명명하였고, 대장균에서 전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)의 발현을 위해 사용하였다. pMJ343로부터 발현된 전-L-중합효소 Dpo4는 다음의 368개의 아미노산 서열을 가졌다:
MASAWSHPQFEKSGMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIAADMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLVDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDTGS.
처음 14 개의 아미노산은 몇 개의 스페이서(spacer) 아미노산을 포함하는 Strep-Tag II를 나타냈고, 최종 2 개의 아미노산은 스페이서 아미노산을 나타냈으며, 중간 352 개의 아미노산 부분은 Sso에서 발견되는 중합효소 Dpo4 서열과 동일했다.
전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)의 변이체를 위한 발현 구조를 상업적으로 이용 가능한 QuikChange kit(Stratagene GmbH, Waldbronn, Germany)를 사용하여 제조사의 프로토콜에 따라 만들었다. 플라스미드 pMJ343를 pMJ361, pM362, pMJ363, pMJ502, pMJ503 및 pMJ504 제조하기 위해 주형(template)으로 사용하였다. 플라스미드 pMJ343는 또한 두 단계로 pMJ365를 제조하기 위해 주형으로 사용하였다. 그 후 pMJ365는 pMJ508, pJA509, pJA95, pJA96, pJA100, pJA103 및 pJA104를 제조하기 위해 주형으로 사용하였다. 그 후 pMJ509는 pMJ511을 제조하기 위해 주형으로 사용하였다. QuikChange를 위해 필요한 올리고뉴클리오티드(Oligonucleotides)를 NOXXON(QC_38_up, QC_38_low, QC_39_up, QC_39_low, QC_40_up, QC_40_low, GC 41 up, GC 41 low, QC dpo4 M76G 센스(sense), GC dpo4 M76G 안티센스(antisense), QC dpo4 M76A 센스, QC dpo4 M76A 안티센스, QC dpo4 I67C 센스, QC dpo4 I67C 안티센스, QC dpo4 S86G 센스, QC dpo4 S86G 안티센스)에서 합성하거나 Purimex(Grebenstein, Germany)(QC_28_up, QC_28_low, QC_29_up, QC_29_low, QC_30_up, QC_30_low)로부터 구입하였다.
다음의 변이체 발현 구조는 대장균에서 전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)의 변이체의 발현을 위해 만들어지고 사용되었다:
변이체 구조 QuikChange 돌연변이 유발 절차를 위해 사용된 올리고뉴클레오티드 구조
A155C pMJ361 QC_28_up.
(5'CAAAAATAAAGTGTTTGCCAAAATTGCATGCGATATGGCAAAACCG AATGGCATTAAAG 3')
QC_28_low
(5'CTTTAATGCCATTCGGTTTTGCCATATCGCATGCAATTTTGGCAAA CACTTTATTTTTG 3')
V203C pMJ362 QC_29_up
(5'TGAAAAAACTGGGCATTAATAAACTGTGTGATACCCTGAGCATTGAATTTG 3')
QC_29_low
(5'CAAATTCAATGCTCAGGGTATCACACAGTTTATTAATGCCCAGTTTTTTCA 3')
C31S pMJ363 QC_30_up
(5' TGAAAGGTAAACCGGTTGTTGTTTCTGTTTTTAGCGGTC 3')
QC_30_low
(5'GACCGCTAAAAACAGAAACAACAACCGGTTTACCTTTCA 3')
A155C + V203C pMJ365 QC_28_up
QC_28_low
QC_29_up
QC_29_low
S85C pMJ502 QC_38_up
(5'ATGCGCAAAGAAGTTTATCAGCAGGTTTGTAGCCGTATTATGAATC 3')
QC_38_low
(5'GATTCATAATACGGCTACAAACCTGCTGATAAACTTCTTTGCGCAT-3')
S86C pMJ503 QC_39_up
(5'AAGTTTATCAGCAGGTTAGCTGTCGTATTATGAATCTGCTGCG 3')
QC_39_low
(5'CGCAGCAGATTCATAATACGACAGCTAACCTGCTGATAAACTT 3')
S96C pMJ504 QC_40_up
(5'ATTATGAATCTGCTGCGCGAATATTGTGAAAAAATTGAAATTGCCAGCATT 3')
QC_40_low
(5'AATGCTGGCAATTTCAATTTTTTCACAATATTCGCGCAGCAGATTCATAAT 3')
A71C
+
A155C
+
V203C
pMJ508 QC_41_up
(5'AGCCAAAAAAATTCTGCCGAATTGTGTTTATCTGCCGATGCGCAAAG 3')
QC_41_low
(5'CTTTGCGCATCGGCAGATAAACACAATTCGGCAGAATTTTTTTGGCT 3')
S86C + A155C + V203C
pMJ509 QC_39_up
QC_39_low
C31S + S86C + A155C + V203C pMJ511 QC_30_up
QC_30_low
M76G + A155C + V203C pJA95 QC_dpo4_M76G_sense
(5'CGAATGCAGTTTATCTGCCGGGGCGCAAAGAAGTTTATCAGC 3')
QC_dpo4_M76G_antisense
(5'GCTGATAAACTTCTTTGCGCCCCGGCAGATAAACTGCATTCG 3')
M76A + A155C + V203C pJA96 QC_dpo4_M76A_sense
(5'CGAATGCAGTTTATCTGCCGGCGCGCAAAGAAGTTTATCAGC 3')
QC_dpo4_M76A_antisense
(5'GCTGATAAACTTCTTTGCGCGCCGGCAGATAAACTGCATTCG 3')
I67C + A155C + V203C pJA100 QC_dpo4_I67C_sense
(5'GGTATTCCGATTGTTGAAGCCAAAAAATGTCTGCCGAATGCAG 3')
QC_dpo4_I67C_antisense
(5'CTGCATTCGGCAGACATTTTTTGGCTTCAACAATCGGAATACC 3')
S86G + A155C + V203C pJA103 QC_dpo4_S86G_sense
(5'GTTTATCAGCAGGTTAGCGGCCGTATTATGAATCTGC 3')
QC_dpo4_S86G_antisense
(5'GCAGATTCATAATACGGCCGCTAACCTGCTGATAAAC 3')
S96C + A155C + V203C pJA104 QC_40_up
QC_40_low
7.2 대장균에서 단백질 발현
전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)는 발현 구조 pMJ343를 사용한 E.coli에서 발현되었다. 전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)의 돌연변이 변이체는 pMJ361, pMJ362, pMJ363, pMJ365, pMJ502, pMJ503, pMJ504, pMJ508, pMJ509, pMJ511, pJA95, pJA96, pJA100, pJA103 또는 pJA104로부터 발현되었다. 발현을 위해, 적절한 발현 구조를 '형질전환 및 저장 용액(Transformation and Storage Solution)'(Epicentre/Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany)을 사용하여 대장균주 'NEB 발현(NEB express)'(New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany)에서 형질전환하였고, 항생제 암피실린(Ampicillin)으로 유지하였다. 발현은 'EnBase Flo' 또는 EnBase Flo 또는 'EnPresso'(BioSilta, Oulu, Finland) 배지 내에서 유도제(inducer)로서 안하이드로테트라사이클린(Anhydrotetracyclin)(IBA GmbH, Goetingen, Germany)을 이용하여 30 ℃에서 48시간 동안 수행하였다. 세포를 원심분리에 의해 회수하고 -80 ℃에서 저장하거나 즉시 처리하였다.
7.3 단백질 정제
신선한 또는 냉동된 대장균 세포를 얼음에서 '버퍼 W(Buffer W)'(100 mM Tris-HCl, pH 8.0, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA)에 재현탁(resuspended)하고, '프렌치 프레스(French Press)'(G. Heinemann, Schwaeisch Gmuend, Germany) 세포 파쇄기를 사용하여 용해시켰다. 정제는 5 ml StrepTrap HP 컬럼을 장착한 'AKTA Express' 시스템(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 4℃에서 수행하였다. 단계 용출(step elution)은 2.5 mM 데스티오비오틴(Desthiobiotin)(IBA GmbH, Goetingen, Germany)을 포함하는 버퍼 W를 사용하여 수행하였다. 분획을 SDS-PAGE(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)를 사용하여 분석하고, 모으고(pooled), 필요한 경우 'Q HP' 컬럼이 장착된 'AKTA purifier' 시스템(GE healthcare, Freiburg, Germany)에서 음이온-이온교환 크로마토그래피(anion-ion-exchange chromatography)로 추가 정제하였다. 단백질 동일성을 LC-MS 질량 분석계(mass spectometry)를 사용하여 확인하고, 적절한 분획을 모으고(pooled), 농축하고, 그리고 분자량 10,000 컷-오프(cut-off)(MWCO)를 가지는 VivaSpin 15R 농축 장치(concentration devices)(VivaSciences/Sartorius Stedim Biotech, Goetingen, Germany)를 이용하여 재완충(re-buffered)시켰다. 정제된 단백질을 100 mM KCl, 10 mM Tris-HCl pH 7.4, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 50 % 글리세롤(glycerol)로 구성된 버퍼에서 -20 ℃에 저장하였다. 단백질 농도를 SDS-PAGE에서 소혈청 알부민(bovine serum albumin, 약어 BSA) 표준을 사용한 겔-밀도검사(gel-densiometry) 및 SYPRO Red(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 염색에 의해 측정하였다.
실시예 8. 두 개의 단편(fragments)으로 구성된 합성 중합효소 Dpo4의 생산
전-L 중합효소 Dpo4(all-L polymerase Dpo4)는 352개의 아미노산 길이를 가진다. 전-L-중합효소 Dpo4를 화학적으로 생산하기 위하여, 그러한 합성 전-L-중합효소 Dpo4는 고체상 펩타이드 합성에 의해 합성될 수 있는 더 짧은 단편으로부터 조립되어야만 했고, 여기서 상기 더 짧은 단편은 자연적인 화학적 결합(native chemical ligation)과 같은 펩타이드 결합 방법에 의해 연결되어야만 했다. 본 실시예는 합성 전-L-중합효소 Dpo4를 수득하기 위해, Dpo4의 결합(ligation) 단편 1-154, 155-352, 155-202 및 203-352가 대장균에서 발현되고, 정제되며, 자연적인 화학적 결합에 의해 서로 연결되는 방법에 대해 기술한다.
8.1 발현 구조
실시예 7에 개시된 바와 같이, 전-L-중합효소 Dpo4를 위한 유전자를 시판 공급원(GeneArt, Regensburg, Germany)으로부터 합성 유전자 구조로서 얻었다. 본 실시예의 모든 단편(fragments)은 코돈-최적화된 서열에 기반하여 클론되었다. 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 1-154, 155-352, 155-202 및 203-352에 대한 다음의 발현 구조를 제조하였다:
Dpo4의 단편(아미노산 범위) 발현 구조
1-154-티오에스테르(thioester) pMJ370
155-352
A155C 돌연변이 포함
pMJ384
203-352
A155C 돌연변이 포함
pMJ385
155-202 티오에스테르(thioester) pMJ388
8.1.1 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 1-154- 티오에스테르 ( thioester ) - 발현 구조 pMJ370
이 구조는 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 1-154에 뒤이은 티오에스테르(thioester)를 생산하기 위해 사용되었던 Mxe GyrA 인테인(intein) 및 키틴 결합 도메인(chitin-binding domain, CBD)을 포함한다. 그 구조를 두 개의 PCR 산물로부터 조립하였다. PCR 산물 1은 주형으로서 pMJ343 및 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 1-154를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_90_DD (5'-인산-AGCGGCTCTTCGATGATTGTGCTGTTTGTGGATTTT-3') 및 MJ_1_91_DD (5'-인산-AGCGGCTCTTCGGCATGCAATTTTGGCAAACACTTT-3')를 이용하여 만들었다. PCR 산물 2는 주형으로서 pTWIN1(New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany) 및 Mxe Gyr A 인테인(intein) 및 CBD를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_72_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGTGCATCACGGGAGAT-3') 및 MJ_1_73_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGCCCTTGAAGCTGCCACAAGGCAGGAACGTT-3')를 이용하여 만들었다. 프라이머 MJ_1_90_DD 및 MJ_1_91_DD는 Purimex(Grebenstein, Germany)로부터 구입했고, 프라이머 MJ_1_72_DD 및 MJ_1_73_DD는 IBA GmbH(Goetingen, Germany)으로부터 구입했다. 이 두 개의 PCR 산물을 플래쉬-겔 시스템(flash-gel system)(LONZA, Basel, Switzerland)에서 겔-정제(gel-purified)하고 StarGate Mutagenesis ENTRY cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용하여 pENTRY-IBA20에서 함께 클로닝하여 pMJ366을 얻었다. StarGate Transfer cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용한 pASG-IBAwt1(IBA GmbH, Goetingen, Germany)에서 pMJ366으로부터의 서브클로닝(subcloning)으로부터 pMJ370을 수득하였다. pMJ370 구조는 154 개의 아미노산 길이의 다음의 단백질 서열을 가지는 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 1-154-티오에스테르(thioester)를 코딩한다(인테인(intein) 절단 이후/티오에스테르 산물):
MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-thioester.
8.1.2 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 155-352 - 발현 구조 pMJ384
이 구조는 'Profinity eXact' 태그(tag)에 뒤이은 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 155-352를 포함한다. 'Profinity eXact' 태그(tag)를 정제 및 단백질 분해성 절단(proteolytic cleavage)을 위해 사용하였다. 그 구조를 두 개의 PCR 산물로부터 조립하였다. PCR 산물 1은 주형으로서 pPAL7(Bio-Rad, Muechen, Germany) 및 'Profinity eXact' 태그(tag)를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_99_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGATGGGAGGGAAATCAAACGGGGAA-3') 및 MJ_1_100_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGGCACAAAGCTTTGAAGAGCTTGTC-3')를 이용하여 만들었다. PCR 산물 2는 주형으로서 pMJ361 및 A155C 돌연변이를 포함하는 dpo4 단편 155-352를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_96_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGTGCGATATGGCAAAACCGAATGGCATTAAA-3') 및 MJ_1_97_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGCCCTTAGGTATCAAAAAATTTATCCAGG-3')를 이용하여 만들었다. 프라이머 MJ_1_96_DD, MJ_1_97_DD, MJ_1_99_DD 및 MJ_1_100_DD는 Purimex(Grebenstein, Germany)로부터 구입했다. 이 두 개의 PCR 산물을 플래쉬-겔 시스템(flash-gel system)(LONZA, Basel, Switzerland)에서 겔-정제(gel-purified)하고 StarGate Mutagenesis ENTRY cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용하여 pENTRY-IBA20에서 함께 클로닝하여 pMJ382를 얻었다. StarGate Transfer cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용한 pASG-IBA5(IBA GmbH, Goetingen, Germany)에서 pMJ382로부터의 서브클로닝(subcloning)으로부터 pMJ384를 수득하였다. pMJ384 구조는 198 개의 아미노산 길이의 다음의 단백질 서열을 가지는 돌연변이 A155C를 포함하는 전-L-중합효소 Dpo4의 단편 155-352를 코딩한다(단백질 분해성 절단 이후):
C DMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLVDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT.
8.1.3 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 203-352 - 발현 구조 pMJ385
이 구조는 'Profinity eXact' 태그(tag)에 뒤이은 돌연변이 V203C를 포함하는 dpo4 단편 203-352를 포함한다. 'Profinity eXact' 태그(tag)를 정제 및 단백질 분해성 절단(proteolytic cleavage)을 위해 사용하였다. 그 구조를 두 개의 PCR 산물로부터 조립하였다. PCR 산물 1은 주형으로서 pPAL7(Bio-Rad, Muechen, Germany) 및 'Profinity eXact' 태그(tag)를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_99_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGATGGGAGGGAAATCAAACGGGGAA-3') 및 MJ_1_100_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGGCACAAAGCTTTGAAGAGCTTGTC-3')를 이용하여 만들었다. PCR 산물 2는 주형으로서 pMJ362 및 V203C 돌연변이를 포함하는 dpo4 단편 203-352를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_98_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGTGTGATACCCTGAGCATTGAATTT-3') 및 MJ_1_97_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGCCCTTAGGTATCAAAAAATTTATCCAGG-3')를 이용하여 만들었다. 프라이머 MJ_1_97_DD, MJ_1_98_DD, MJ_1_99_DD 및 MJ_1_100_DD는 Purimex(Grebenstein, Germany)로부터 구입했다. 이 두 개의 PCR 산물을 플래쉬-겔 시스템(flash-gel system)(LONZA, Basel, Switzerland)에서 겔-정제(gel-purified)하고 StarGate Mutagenesis ENTRY cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용하여 pENTRY-IBA20에서 함께 클로닝하여 pMJ383을 얻었다. StarGate Transfer cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용한 pASG-IBAwt1(IBA GmbH, Goetingen, Germany)에서 pMJ383로부터의 서브클로닝(subcloning)으로부터 pMJ385를 수득하였다. pMJ385 구조는 150 개의 아미노산 길이의 다음의 단백질 서열을 가지는 dpo4 단편 203-352 V203C를 코딩한다(단백질 분해성 절단 이후):
C DTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT
8.1.4 전-L-중합효소 Dpo4의 단편 155-202 - 발현 구조 pMJ388
이 구조는 dpo4 단편 155-202에 뒤이은 티오에스테르(thioester)를 생산하기 위해 사용되었던 Mxe GyrA 인테인(intein) 및 키틴 결합 도메인(chitin-binding domain, CBD)를 포함한다. 그 구조를 두 개의 PCR 산물로부터 조립하였다. PCR 산물 1은 주형으로서 pMJ343 및 dpo4 155-202 단편을 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_101_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGATGGCAGATATGGCAAAACCGAAT-3') 및 MJ_1_102_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGGCACAGTTTATTAATGCCCAGTTT-3')를 이용하여 만들었다. PCR 산물 2는 주형으로서 pTWIN1(New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany) 및 Mxe Gyr A 인테인(intein) 및 CBD를 증폭시키기 위한 프라이머 MJ_1_72_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGTGCATCACGGGAGAT-3') 및 MJ_1_73_DD (5'-Phosphate-AGCGGCTCTTCGCCCTTGAAGCTGCCACAAGGCAGGAACGTT-3')를 이용하여 만들었다. 프라이머 MJ_1_101_DD 및 MJ_1_102_DD는 Purimex(Grebenstein, Germany)로부터 구입했고, 프라이머 MJ_1_72_DD 및 MJ_1_73_DD는 IBA GmbH(Goetingen, Germany)으로부터 구입했다. 이 두 개의 PCR 산물을 플래쉬-겔 시스템(flash-gel system)(LONZA, Basel, Switzerland)에서 겔-정제(gel-purified)하고 StarGate Mutagenesis ENTRY cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용하여 pENTRY-IBA20에서 함께 클로닝하여 pMJ386을 얻었다. StarGate Transfer cloning kit(IBA GmbH, Goetingen, Germany)를 사용한 pASG-IBAwt1(IBA GmbH, Goetingen, Germany)에서 pMJ386으로부터의 서브클로닝(subcloning)으로부터 pMJ388을 수득하였다. pMJ388 구조는 48 개의 아미노산 길이의 다음의 단백질 서열을 가지는 dpo4 단편 155-202를 코딩한다(시작 메티오닌(inital Methionine)의 대장균 매개 절단 이후 및 인테인(intein) 절단/티오에스테르 산물 이후):
ADMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-thioester
8.2 대장균에서 단백질 발현
발현을 위해, 적절한 발현 구조를 '형질전환 및 저장 용액(Transformation and Storage Solution)'(Epicentre/Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany)을 사용하여 대장균주 'NEB 발현(NEB express)'(New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany)에서 형질전환하였고, 항생제 암피실린(Ampicillin)으로 유지하였다. 발현은 'EnBase Flo' 또는 'EnPresso'(BioSilta, Oulu, Finland) 배지 내에서 유도제(inducer)로서 200 ng/ml 안하이드로테트라사이클린(Anhydrotetracyclin)(IBA GmbH, Goetingen, Germany)을 이용하여 주위 온도(ambient temperature)에서 하룻밤 동안 수행되었다. 세포를 원심분리에 의해 회수하고 -80 ℃에서 저장하거나 즉시 처리하였다.
8.3 Mxe Gyr A 인테인(intein)을 가지는 구조 pMJ370 pMJ388로부터 티오에스테르(thioester)의 정제 및 생성
신선한 또는 냉동된 대장균 세포를 얼음에서 '컬럼 버퍼(column buffer)'(20 mM HEPES, pH 8.5, 500 mM NaCl)에 재현탁(resuspended)하고, '프렌치 프레스(French Press)'(G. Heinemann, Schwaeisch Gmuend, Germany) 세포 파쇄기를 사용하여 용해시켰다. 정제는 키틴 결합 비즈(chitin binding beads)(New Englands Biolabs, Frankfurt am Main, Germany)를 포함하는 컬럼을 장착한 'AKTA Express' 시스템(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 4℃에서 수행하였다. 세포 용해하고 컬럼 버퍼로 베이스라인까지 세척 후, 컬럼을 인테인(intein)-매개 단백질 절단 및 티오에스테르 형성을 유도하기 위하여 컬럼 버퍼 내에서 50 mM 2-멀캅토에탄 설포네이트(2-mercaptoethane sulfonate )(약어 MESNA)와 4 ℃에서 20 시간 동안 배양하였다. 티오에스테르를 운반하는 절단된 단백질을 컬럼 버퍼로 컬럼에서 세척하고, 농축한 후, 5 mM Bis-Tris, pH 6.5, 250 mM NaCl로 구성된 버퍼 내에서 BioGel P60 배지 재료(ioGel P60 medium material)(BioRad, Muechen, Germany)를 사용하여 겔 여과(gelfiltration)를 실시하였다. 단백질 농도를 SDS-PAGE에서 소혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA) 표준을 사용한 겔-밀도검사(gel-densiometry) 및 SYPRO Red(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 염색에 의해 측정하였다. 단백질 동일성 및 티오에스테르의 존재를 LC-MS 질량 분석계(mass spectometry)를 사용하여 특정하였다.
8.4 ' Profinity eXact ' 태그(tag)를 가지는 구조 pMJ384로부터 정제 및 단백질 분해성 절단(proteolytic cleavage)
pMJ384로부터 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 단편 155-352의 정제를 다음과 같이 수행하였다: 신선한 또는 냉동된 대장균 세포를 얼음에서 '버퍼 W(Buffer W)'(100 mM Tris-HCl, pH 8.0, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA)에 재현탁(resuspended)하고, '프렌치 프레스(French Press)'(G. Heinemann, Schwaeisch Gmuend, Germany) 세포 파쇄기를 사용하여 용해시켰다. 정제는 5 ml StrepTrap HP 컬럼을 장착한 'AKTA Express' 시스템(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 4℃에서 수행하였다. 단계 용출(step elution)은 2.5 mM 데스티오비오틴(Desthiobiotin)(IBA GmbH, Goetingen, Germany)을 포함하는 버퍼 W를 사용하여 수행하였다. 용출된 단백질을 HiPrep 26/10 탈염(desalting) 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 'Profinity eXact 용출 버퍼(elution buffer)' (0.1 M Na-phosphate, pH 7.2, 0.1 M NaF)에서 버퍼 교환을 한 다음, 천천히 Profinity eXact 컬럼을 통해 펌핑하였다. 샘플을 농축하고, 최종 농도가 1 mM이 되도록 Tris(2-carboxyethyl)phosphine)(TCEP)를 공급한 다음, 5 mM Bis-Tris, pH 6.5, 250 mM NaCl로 이루어진 버퍼에서 전개되는 HiLoad 16/60 Superdex 75 prep grade 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 이용하여 겔여과(gelfiltration)에 적용하였다. 단백질을 농축하고 -80 ℃에 저장하였다. 단백질 농도를 SDS-PAGE에서 소혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA) 표준을 사용한 겔-밀도검사(gel-densiometry) 및 SYPRO Red(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 염색에 의해 측정하였다. 단백질 동일성을 LC-MS 질량 분석계(mass spectometry)를 사용하여 특정하였다.
8.5 ' Profinity eXact ' 태그(tag)를 가지는 구조 pMJ385로부터 정제 및 단백질 분해성 절단(proteolytic cleavage)
pMJ385로부터 dpo4 단편 203-352 V203C의 정제를 다음과 같이 수행하였다: 봉입체(inclusion bodies)를 준비하고 'i-FOLD Protein refolding system' 매뉴얼(Novagen/Merck-Millipore, Darmstadt, Germany)에 기술된 바와 같이 변성시켰다. 가용화(Solubilized) 단백질을 Sephadex G-25 미세 물질(fine material)을 이용하여 '버퍼 W' (100 mM Tris-HCl, pH 8.0, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA)로 버퍼 교환을 실시하고 StrepTrap HP 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 장착한 'AKTA Express' 시스템(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 4℃에서 정제하였다. 단계 용출(step elution)은 2.5 mM 데스티오비오틴(Desthiobiotin)(IBA GmbH, Goetingen, Germany)을 포함하는 버퍼 W를 사용하여 수행하였다. 용출된 단백질 용액에 최종 농도 0.1 M이 되도록 NaF를 공급하고 최종 농도 1 mM이 되도록 Tris(2-carboxyethyl)phosphine)(TCEP)를 공급한 후, 천천히 Profinity eXact 컬럼을 통해 펌핑하였다. 통과액(flowthrough)을 탈이온화된 물로 1:3의 비율로 희석하고, HCl를 사용하여 pH를 7.2로 조정하였다. 샘플을 '버퍼 A' (50 mM Na-Phosphate, pH 7.2, 1 mM 2-머르캅토에탄올(mercaptoethanol))에서 평형화된 HiTrap SP HP 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 양이온-교환-크로마토그래피(cation-exchange-chromatography)에 의해 추가 정제하였다. 단계 용출은 17%, 25% 및 100%의 '버퍼 B' (50 mM 인산 나트륨, pH 7.2, 1 M NaCl, 1 mM 2-머르캅토에탄올(mercaptoethanol))을 사용하여 수행하였다. 분획을 모으고, 농축하고, 탈이온화된 물에서 전개되는 HiLoad 16/60 Superdex 75 prep grade 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 이용하여 겔여과(gelfiltration)에 적용하였다. 전개되는 HiLoad 16/60 Superdex 75 prep grade 컬럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)을 이용하여 겔여과(gelfiltration)에 적용하였다. 단백질을 액체 질소에서 급속 냉동하고 동결 건조 하였다. 단백질 농도를 SDS-PAGE에서 소혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA) 표준을 사용한 겔-밀도검사(gel-densiometry) 및 SYPRO Red(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 염색에 의해 측정하였다. 단백질 동일성을 LC-MS 질량 분석계(mass spectometry)를 사용하여 특정하였다.
8.6 단편 1-154- 티오에스테르 및 155-352의 자연적인 화학적 결합(Native Chemical Ligation)에 의한 합성 전-L-중합효소 Dpo4 변이체 A155C의 합성
전-L-중합효소 Dpo4 변이체(all-L-polymerase Dpo4 variant) A155C의 단편 1-154-티오에스테르(thioester) 및 155-352를 2% Triton X100, 1% 티오페놀(thiophenol) 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드(tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)를 포함하는 TRIS-버퍼 (pH 8.6)에 50 μM로 용해시켰다. 반응 혼합물을 실온에서 72 시간 동안 흔들어 주었다. 그 다음, 결합 성공 여부를 SDS-PAGE(도 11a) 및 LC-ESI-질량 분석계(RP18-컬럼, 20분 동안 0.1 %TFA 5-95%를 가지는 물에서 0.1% TFA를 가지는 ACN의 구배, 도 11b)에 의해 분석하였다. 명확한 밴드가 전체 길이 중합효소를 가리키는 41 kDa 부근의 레인에서 발견되었다. 이론적인 분자량(M theor = 40223 Da)은 ESI-MS에 의해 보여진 관찰된 분자량(Mobs = 40265 Da)에 상응한다.
8.7 단편 155-202- 티오에스테르 및 203-352의 자연적인 화학적 연결(Native Chemical Ligation)에 의한 단편 155-352의 합성
전-L-중합효소 Dpo4(all-L-polymerase Dpo4)의 단편 155-202-티오에스테르(thioester) 및 203-352 V203C를 2% SDS, 1% 티오페놀(thiophenol) 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드(tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)를 포함하는 TRIS-버퍼 (pH 8.6)에 0.2 M로 용해시켰다. 반응 혼합물을 실온에서 72 시간 동안 흔들어 주었다. 그 다음, 결합 성공의 분석을 SDS-PAGE(도 20A) 및 LC-ESI-질량 분석계(RP18-컬럼, 20분 동안 0.1 %TFA 5-95%를 가지는 물에서 0.1% TFA를 가지는 ACN의 구배, 도 20B)에 의해 수행하였다. 명확한 밴드가 결합 산물(ligation product)을 가리키는 21.5 kDa 부근의 7 레인에서 발견되었다. 이론적인 분자량(Mtheor = 22749 Da)은 ESI-MS에 의해 보여진 관찰된 분자량(Mobs = 22769 Da)에 상응한다.
실시예 9. L-아미노산으로만 구성된 중합효소 Dpo4의 절단된 형태의 재조합체 발현 및 정제
중합효소 Dpo4는 원래 설폴로버스 솔파타리쿠스(Sulfolobus solfataricus, 약어 Sso)에서 발견되었다(Boudsocq, 2001). 야생형 유전자는 개시 코돈 및 종결 코돈을 포함하는 1,059개의 염기쌍의 개방형 해독틀(open reading frame, 약어. ORF)을 가진다. 암호화된 단백질은 352개의 아미노산 길이를 가진다. 본 실시예는 중합효소 Dpo4의 절단된 형태가 대장균(E.coli)에서 발현되고 Strep-Tag를 사용하여 정제되는 방법을 개시하고 있다.
9.1 발현 구조
Sso의 코돈 사용빈도는 대장균과 상이하므로, 야생형 Sso 중합효소 Dpo4의 대장균-코돈-최적화된 합성 유전자를 GeneArt AG (Regensburg, Germany)로부터 구입하였다. 또한, C-말단에서 결실된 3, 6 또는 9 아미노산을 갖는 절단된 형태는 GeneArt에 의해 맞춤형으로 제조된(custom made) 것을 구입했다. 합성 유전자 서열은 N-말단에 Strep-Tag를 추가하는 pASK-IBA4plus 벡터(riginator company: Invitrogen, Karlsruhe, Germany)에서 제공되었다. C-말단에서 결실된 3개의 아미노산을 가지는 dpo4의 절단된 형태는 클론 3.C11(변이체 △3)으로 명명되는 플라스미드 시리즈로부터 발현된 가장 긴 변이체였으며 368개의 아미노산의 아래의 서열(N-말단에서 C-말단까지 나타나는 서열)을 가졌다: MASWSHPQFEKGAETAVPNSIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIAADMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLVDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKF.
최초 20개의 아미노산은 몇 개의 스페이서 아미노산을 포함하는 Strep-Tag Ⅱ을 나타내고, 그리고 나서 다음의 서열은 설폴로버스 솔파타리쿠스 Dpo4 아미노산 2-349를 나타낸다. 실시예에서 묘사한 다른 절단된 형태는 N-말단에서는 동일한 서열을 가지나 C-말단에서는 적은 아미노산을 갖는다. 예를 들어, 클론 9.C3(변이체 △6)은 결실된 6개 아미노산을 가지고 클론 2.F12 (변이체 △9)는 C-말단에서 결실된 9개의 아미노산을 가졌다. Dpo4의 추가적인 절단된 형태의 발현 구조는 상업적으로 이용 가능한 QuickChange kit (Stratagene GmbH, Waldbronn, Germany)를 사용하여 제조자의 프로토콜에 따라 제조하였다. 클론 2.F12(pASK-IBA5plus에서 C-말단에서 결실된 9개의 아미노산을 가지는 dpo4)는 pCK58 및 pCK59를 제조하기 위한 주형으로 역할을 한다. QuickChang에 필요한 올리고뉴클레오티드는 NOXXON에 있다.
다음의 발현 구조는 대장균에서 중합효소 Dpo4의 절단된 형태의 발현을 위해 제조되고 사용되었다.
변이체 구조 출처
△3 클론 3.C11 GeneArt
△6 클론 9.C3 GeneArt
△9 클론 2.F12 GeneArt
△12 pCK58 다음의 QuikChange 올리코뉴클레오디드를 사용하여 제조함
QC 35 up
QC 35 low
△15 pCK59 QC 36 up
QC 36 low
9.2 대장균에서 단백질 발현
Dpo4의 절단된 형태 △3, △6, △9. △12 또는 △15는 pASK-IB5plus에 기초한 발현 구조를 사용하여 대장균에서 발현되었다. 발현을 위하여, 적절한 발현 구조는 형질전환 및 저장 솔루션(Transformation and Storage Solution)' (Epicentre/Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany)을 사용하여 대장균 분리주(strain) NEB 발현 (New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany)에서 형질전환(transformed)하고 항생제 앰피실린(Ampicillin)으로 유지하였다. 발현은 유도제로 200 ng/ml의 무수테트라사이클린(Anhydrotetracyclin) (IBA GmbH, Gottingen, Germany)을 이용하여 30℃에서 48시간 동안 배지 EnBase Flo 또는 EnPresso(Biosilta, oulum Finland)에서 수행하였다. 세포는 원심분리에 의해 회수하였고 80℃에서 저장하거나 즉시 사용하였다.
9.3 단백질 정제
신선한 또는 냉동된 대장균 세포를 버퍼 (100mM Tris-HCl, pH 8.0, 150 mM NaCl, 1mM EDTA) 내 얼음에서 재현탁하였고 French Press (G. Heinemann, Schwabisch Gmund, Germany) 세포 파쇄기(cell disrupter)를 사용하여 용해하였다. 정제는 5 ml StrepTrap HP 칼럼(GE healthcare, Freiburg, Germany)이 장착된 AKTA Express 시스템에서 4℃에서 수행하였다. 단계 용출(elution)은 2.5 mM 데스티비오틴(desthiobiotin) (IBA GmbH, Gottingen, Germany)을 포함하는 버퍼 W로 수행하였다. 분획을 모으고(pooled) HiPrep 26/10 칼럼 (GE healthcare, Freiburg, GermanyGE healthcare, Freiburg, Germany)을 사용하여 50 mM 나트륨 인산(Na-phophate), pH 7.2에서 버퍼-교환을 하였다. 그리고 나서 단백질 샘플을 5ml의 양이온 교환 칼럼 HiTrap_SP_HP (GE healthcare, Freiburg, Germany)에 적용하였고 50mM 나트륨 인산 pH 7.2에서 1M NaCl까지의 구배로 용출하였다. 용출된 피크 분획을 수집하고 모으고 버퍼는 20 mM Tris-HCl pH 7.4, 200 mM KCl, 0.2 mM EDTA에서 버퍼 교환하였다. 모든 중요한 분획들은 SDS-PAGE(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)를 사용하여 분석하였다. 단백질 동일성은 LC-MS 질량 분석기로 확인하였다. 최종 샘플은 10,000 분획 분자량(MWCO) (VivaSciences/Sartorius Stedim Biotech, Gottingen, Germany)으로 VivaSpin 15R 농축 장치를 사용하여 농축하였고, 일(one) 부피 글리세롤 및 DTT로 보충함으로써, 저장 버퍼는 10 mM Tris-HCl pH 7.4, 100 mM KCl, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 50 % 글리세롤로 구성되었다. 정화된 단백질을 20℃에서 저장하였고, 단백질 농도를 SDS-PAGE의 소 혈정 알부민(약어 BSA) 표준을 이용하여 겔-밀도검사(gel-densiometry)로 측정하였고 SYPRO 레드(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)로 염색하였다.
실시예 10. L-아미노산으로 구성된 중합효소 Dpo4 및 중합효소 Dpo4의 변이체의 활성 확인
본 실시예는 전-L-중합효소 Dpo4(all-L-polymerase Dpo4) 및 실시예 7에 따른 전-L-중합효소 Dpo4의 변이체, 실시예 8에 따른 합성 전-L-중합효소 Dpo4 및 실시예 9에 따른 Dpo4의 절단된 형태에 대한 PCR 활성 테스트에 대하여 기술한다.
10.1 PCR 활성 분석을 위한 주형
PCR 반응을 위한 주형은 83-mer 단일-가닥 D-DNA 올리고뉴클레오티드(MJ_1_1_DD)이며 첫 번째 열 순환에서 상보 가닥(opposite strand)이 만들어진다. 이후, 양 가닥은 지수적 증폭을 위한 주형으로서 제공된다. 주형 DNA 올리고뉴클레오티드 및 DNA 프라이머는 D-배열(configuration)로 NOXXON에서 합성된다.
PCR 활성 분석을 위한 올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 서열(5'→3')
MJ_1_1_DD 83 GTGGAACCGACAACTTGTGCTGCGTCCAGCATAAGAAAGGAGCTCCCTCAGAAGAAGCTGCGCAGCGTGCCAGTCTGAGCTCC
DE4.40T7 38 TCTAATACGACTCACTATAGGAGCTCAGACTGGCACGC
DE4.40R 20 GTGGAACCGACAACTTGTGC
10.2 PCR 반응
15 ㎕ PCR 반응은 각각 0.2 mM의 네 개의 D-dNTP, 10 nM 83-mer ssDNA (MJ_1_1_DD) 주형, 1 μM 정방향 및 역방향 프라이머, 1x ThermoPol 버퍼 (Invitrogen, 20 mM Tris-HCl, 10 mM KCl, 10 mM (NH4)2SO4, 2 mM MgSO4, 0.1 % Triton X-100, pH 8.8@25℃) 및 적어도 0.67 ng/㎕의 전-L-중합효소 Dpo4 또는 전-L-중합효소 Dpo4의 변이체 또는 합성 전-L-중합효소 Dpo4를 포함했다. 정방향 프라이머는 DE4.40T7이고 역방향 프라이머는 DE4.40R이며, 102개의 염기쌍 길이의 PCR 산물을 수득했다. D-dNTP는 Rovalab(Teltow, Germany)으로부터 구입했다. 음성 대조군은 전-L-중합효소 Dpo4, 전-L-중합효소 Dpo4의 변이체 또는 합성 전-L-중합효소 Dpo4를 생략하고 수행했다. 양성 대조군은 상업적으로 이용 가능한 전-L-dpo4(New England Biolabs, Frankfurt am Main, Germany)를 사용하여 수행했다.
열 순환 프로그램은 1 순환 (85 ℃, 3분), 그 다음 적어도 7 순환 (85 ℃, 30 초 / 56 ℃, 1 분 / 60 ℃, 4 분), 그 다음 4 ℃에서 유지로 구성되었다. PCR 반응의 4 ℃ 부분표본(aliquots)을 샘플 로딩 버퍼와 혼합하고, TBE-PAGE 또는 아가로스 겔(LONZA, Cologne, Germany)에서 분석하였다. 다른 것들 중에서, 100 bp 밴드를 포함하는 DNA 표준 래더(DNA standard ladder)를 겔에 적용하였다.
10.3 활성 확인
전-L-중합효소 Dpo4 및 전-L-중합효소 Dpo4의 변이체 A155C, V203C, C31S, A155C/V203C, S85C, S86C, S96C, A71C/A155C/V203C, S86C/A155C/V203C, C31S/S86C/A155C/V203C, M76G/A155C/V203C, M76A/A155C/V203C, I67C/A155C/V203C, S86G/A155C/V203C 및 S96C/A155C/V203C, Dpo4의 C-말단 절단된 형태 △3, △6, △9, △12 및 △15, 및 합성 전-L-중합효소 Dpo4를 테스트하였다. 테스트 된 모든 중합효소는 PCR 반응에서 주형 가닥을 증폭할 수 있었다. 도 12A는 전-L-중합효소 Dpo4의 변이체 A155C, V203C, C31S, A155C/V203C를 이용하여 수행되었던 PCR 반응의 분석을 보여주고, 이는 DNA 표준 래더(DNA standard ladder)와 비교하여 약 100 bp의 범위에서 밴드를 나타냈다. 예측된 PCR 산물의 크기는 102 개의 염기쌍이었다. 상기 밴드는 음성 대조군에서는 나타나지 않고, 거기서 중합효소는 생략된다. 또한 상기 102 bp 밴드는 83-mer 주형보다 더 잘 이동한다. 도 12B는 재조합체 전-L-중합효소 dpo4 및 단편의 결합에 의해 만들어졌던 합성 전-L-중합효소 dpo4와 수행된 PCR 반응의 분석을 보여준다. 겔은 DNA 표준 래더(DNA standard ladder)와 비교하였을 때 약 100 bp의 범위에서 밴드를 나타냈다. 예측된 PCR 산물의 크기는 102 염기쌍이었다. 상기 밴드는 음성 대조군에서 매우 약하고, 거기서 중합효소는 생략된다. 재조합체 전-L-중합효소 dpo4 및 합성 전-L-중합효소 dpo4는 비교가능한 활성을 나타낸다. 도 12C는 재조합체 전-L-중합효소 dop4 및 변이체 A71C/A155C/V203C, S86C/A155C/V203C 및 C31S/S86C/A155C/V203C로 수행한 PCR 반응 분석을 나타낸다. 겔은 DNA 표준 래더(ladder)와 비교하여 약 100bp 범위의 밴드를 나타낸다. 예상했던 PCR 산물 크기는 102 염기쌍이었다. 도 12D는 재조합체 전-L-중합효소 dpo4 및 변이체 M76G/A155C/V203C 및 M76A/A155C/V203C로 수행한 PCR 반응의 분석을 나타낸다. 겔은 DNA 표준 래더와 비교할 때 약 100 bp 범위의 밴드를 보인다. 기대했던 PCR 산물 크기는 102 염기쌍이었다. 도 12E는 변이체 I67C/A155C/V203C, S86G/A155C/V203C 및 S96C/A155C/V203C로 수행된 PCR 반응의 분석을 나타낸다. 겔은 DNA 표준 래더와 비교할 때 약 100 bp 범위의 밴드를 나타낸다. 도 12F는 Dpo4의 C-말단 절단된 형태 △3, △6, △9, △12 및 △15로 수행한 PCR 반응의 분석을 나타낸다. 겔은 DNA 표준 래더와 비교할 때 약 100 bp 범위의 밴드를 나타낸다. 기대했던 PCR 산물 크기는 102 염기쌍이었다.
실시예 11. D-아미노산으로 구성되는 중합효소 Dpo4의 변이체의 합성
본 실시예 내에서 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A155C/V203C의 합성이 기술된다. 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A155C/V203C의 아미노산 서열은 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIACDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-OH 이다.
사용된 모든 아미노산은 고체상 펩타이드 합성 Fmoc/tBu-전략적 요구사항(Eric Atherton et al, 1981)에 따라 보호된다. 사용된 모든 아미노산은 D-아미노산이다(Bachem, Bubendorf, Switzerland).
11.1 H-D-Met-OGp(Boc) 2 의 합성
1 mmol Z-D-Met-OH, 0.9 당량 TBTU 및 0.9 mmol HO-Gp(Boc)2를 10 ml DMF에 용해시켰다. 2 당량 DIPEA를 추가한 후, 용액을 2 시간 동안 교반하였다. 용매를 증발시킨 후, 원시 산물(raw product)을 DCM을 사용하여 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)로 정제하였다. Z-D-Met-OGp(Boc)2의 순수한 분획을 모으고 용매를 증발시켰다.
Z-D-Met-OGp(Boc)2를 10 ml MeOH에 용해시키고 아르곤으로 세척하였다. N-말단 Z-기의 가수분해성 절단을 Pd/C 촉매 및 H2의 추가에 의해 2 시간 동안 수행하였다. H-d-Met-OGp(Boc)2를 여과한 후, MeOH을 감압 하에서 증발시켰다. 역상 HPLC 및 질량 분석계를 이용하여 분석을 수행하였다. 계산된 질량 482 Da은 측정된 질량 483 Da과 일치한다.
11.2 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 (all-D-peptide) H-RTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (1) 의 합성
0.1 mmol Fmoc-Sieber 링크 아미드 NovaSynTG 수지(0.1 mmole Fmoc-Sieber rink amide NovaSynTG resin)를 6 ml NMP에서 45분 동안 5 당량 아미노산, 당량 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPEA를 사용하여 Fmoc-d-Thr(tBu)-OH를 Fmoc-탈보호한 후에 로딩하였다.
자동화된 합성을 FASTmoc 프로토콜을 가진 ABI 433을 사용하여 수행하였다. 10 당량의 아미노산을 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화 시켰다. 커플링 시간(coupling time)은 45분 이었고, Fmoc-탈보호를 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 세 번 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단을 2 시간 동안 DCM 내의 1% (v/v) TFA 10 ml에서 펩티딜 수지(peptidyl resin)를 두 번 배양함으로써 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)를 사용하여 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하여 건조하였다.
최종 산물을 HPLC 및 질량 분석계에 의하여 특정하였다(도 13). 계산된 산물의 질량(6244 Da)은 측정된 질량(6249 Da)에 상응한다.
11.3 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 Boc-VDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRG-OH (2) 의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지를 Barlos 등(Barlos et al., 1989)에 기술된 바와 같이 Fmoc-d-Gly-OH와 함께 로딩했다. 그러므로 0.10 mmol 수지를 0.6 mmol 염화티오닐(thionylchloride)로 30분 동안 두 번 배양하고 이어서 DCM으로 세척하였다. 그 다음, 수지를 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-Gly-OH, 2.4 mmol DIPEA과 함께 90분 동안 배양하였다. 그 다음, 수지를 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v) 용액을 이용하여 10분 동안 세 번 차단하고(blocked) DCM으로 세척하였다. 자동화된 합성을 FASTmoc 프로토콜을 가진 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량의 아미노산을 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화 시켰다. 커플링 시간(coupling time)은 45분 이었고, Fmoc-탈보호를 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 세 번 수행하였다. 더블 커플링(double coupling)을 39 개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단을 2 시간 동안 DCM 내의 30% (v/v) HFIP 10 ml에서 펩티딜 수지(peptidyl resin)을 두 번 배양함으로써 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)를 사용하여 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하여 건조하였다. 최종 산물을 HPLC 및 질량 분석계에 의하여 특정하였다(도 14). 실험적으로 측정된 산물의 질량(11289 Da)은 이론적인 값(11286 Da)과 일치한다.
11.4 펩타이드 2 및 펩타이드 1의 단편 축합(condensation)에 의한 전-D- 펩타이드 (all-D-peptide) H-VDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGR IVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (3) 의 합성
5 μ몰 (2) 및 1 당량 ( 1) DCM 내의 25% (v/v) TFE에 용해시켰다. 5 당량 PyBOP 및 10 당량 DIPEA를 첨가한 후, 혼합물을 하룻밤 동안 교반하였다. 용매를 증발시킨 후, 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 사용하여 침전시키고 여과하였다.
펩타이드의 측쇄 보호기(side chain protection groups)의 절단을 2 시간 동안 TFA 내의 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS로 수행하였다. TFA의 증발에 이어서 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 사용하여 침전시켰다. N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 역상 HPLC 정제를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC 및 질량 분석계로 특정하였다(도 15). 실험적으로 측정된 산물의 질량(17531 Da)은 이론적인 분자량(17512 Da)에 상응한다.
11.5 전-D- 펩타이드 Z-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-benzyl- thioester ( 4)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지를 Barlos 등(Barlos et al., 1989)에 기술된 바와 같이 Fmoc-D-Leu-OH와 함께 로딩했다. 그러므로 0.10 mmol 수지를 0.6 mmol 염화티오닐(thionylchloride)로 30분 동안 두 번 배양하고 이어서 DCM으로 세척하였다. 그 다음, 수지를 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-d-Leu-OH, 2.4 mmol DIPEA과 함께 90분 동안 배양하였다. 그 다음, 수지를 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v) 용액을 이용하여 10분 동안 세 번 차단하고(blocked) DCM으로 세척하였다. 자동화된 합성을 FASTmoc 프로토콜을 가진 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량의 아미노산을 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화 시켰다. 커플링 시간(coupling time)은 45분 이었고, Fmoc-탈보호를 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 세 번 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단을 2 시간 동안 DCM 내의 30% (v/v) HFIP 10 ml에서 펩티딜 수지(peptidyl resin)을 두 번 배양함으로써 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)를 사용하여 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하여 건조하였다.
N-말단 Z- 및 완전히 측쇄(side chain) 보호된 펩타이드 4를 DMF에 1 mM로 용해시켰다. 5 당량 PyBOP, 10 당량 DIPEA 및 30 당량 벤질 멀캅탄(benzyl mercaptan)을 첨가한 후, 혼합물을 4 시간 동안 교반하였다. 그 다음 DMF를 증발시키고, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척하였다. 측쇄 보호기(side chain protecting groups)를 2 시간 동안 TFA 내에서 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS로 처리하여 제거하였다. TFA의 증발 후, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척하였다. 그 다음 펩타이드-벤질-티오에스테르(peptide-benzyl-thioester)를 역상 HPLC로 정제하고 역상 HPLC (도 16A) 및 ESI-MS (도 16B)로 분석하였다. 이론적인 분자량(M theor = 5527 Da)은 ESI-MS에 의해 보여진 바와 같이 관찰된 분자량(Mobs = 5533 Da)에 상응한다.
11.6 전-D- 펩타이드 H-RKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SMe (7)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-NH2수지를 6 ml NMP에서 45분 동안 5 당량 아미노산, 당량 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPEA를 사용하여 Fmoc-D-Ala-OH와 함께 로딩했다. 이어서 수지를 THF로 세척하였다. Fmoc-D-Ala-ψ[CS-NH]-R-TentaGel로의 전환을 2 시간 동안 80 ℃에서 THF 내의 4 당량 Lawesson 시약과 함께 배양함으로써 수행하였다. 이에 이어서, 수지를 NMP로 세척하였다. 이어서 이와 같이 준비된 수지를 상기한 바와 같이(ABI 433, FASTmoc 프로토콜, 10 당량 아미노산을 NMP 내의 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 사용하여 활성화시켰다; 커플링 시간(coupling time)은 45분 이었고, Fmoc-탈보호를 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 세 번 수행하였다) 자동 펩타이드 합성에 사용하였다. 더블 커플링(double coupling) 단계를 결합된 44 개의 아미노산 후에 수행하였다.
이에 이어서, 상응하는 티오에스테르(thioester)를 Sharma 등(Sharma et al, 2011)에 따라 하룻밤 동안 DMF 내의 아이오딘화메틸(methyl iodide)과 배양함으로써 생성하였다. 수지를 여과한 후, 용매를 포함하는 펩타이드 티오에스테르를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 측쇄 보호기(side chain protection groups)의 절단을 2 시간 동안 TFA 내의 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS와 함께 수행하였다. TFA의 증발에 이어, 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 티오에스테르의 역상 HPLC 정제를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC(도 17A) 및 질량 분석계(도 17B)에 의하여 특정하였다. 질량 분석계에 의해 측정된 산물의 분자량(9155 Da)은 계산된 질량(9150 Da)과 일치했다.
11.7 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIV EAKKILPNAVYLPM - OGp (6)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지를 Barlos 등(Barlos et al., 1989)에 기술된 바와 같이 Fmoc-D-Gly-OH와 함께 로딩했다. 그러므로 0.10 mmol 수지를 0.6 mmol 염화티오닐(thionylchloride)로 30분 동안 두 번 배양하고 이어서 DCM으로 세척하였다. 이에 이어서, 수지를 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Pro-OH, 2.4 mmol DIPEA과 함께 90분 동안 배양하였다. 그 다음, 수지를 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v) 용액을 이용하여 10분 동안 세 번 차단하고(blocked) DCM으로 세척하였다. 자동화된 합성을 FASTmoc 프로토콜을 가진 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량의 아미노산을 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화 시켰다. 커플링 시간(coupling time)은 45분 이었고, Fmoc-탈보호를 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 세 번 수행하였다. 더블 커플링(double coupling)을 46 개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화(acetylation)를 10분 동안 세 번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물(acetic anhydride) 및 10% (v/v) DIPEA와 함께 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단을 2 시간 동안 DCM 내의 30% (v/v) HFIP 10 ml에서 펩티딜 수지(peptidyl resin)를 두 번 배양함으로써 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후, 용매를 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether)를 사용하여 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하여 건조하였다.
완전히 보호된 펩타이드 0.01 mmol, 4 당량 PyBOP 및 5 당량 H-D-Met-OGp(Boc)2를 6 ml NMP에 용해시켰다. 10 당량 DIPEA를 첨가한 후, 혼합물을 4 시간 동안 교반하였다. 이에 이어서, 용매를 감압 하에 증발시키고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스테르(peptide ester)를 건조시키고 이어서 보호기(protection groups)를 2 시간 동안 TFA 내에서 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS를 사용하여 절단했다. TFA의 증발에 이어서 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스테르의 역상 HPLC 정제를 ACN/물 구배를 이용하는 C18 컬럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물을 HPLC(도 18A) 및 질량 분석계(도 18B)에 의하여 특정하였다. 실험적으로 측정된 질량(8547 Da)은 이론적인 분자량(8541 Da)에 상응한다.
11.8 펩타이드 3 및 펩타이드 4의 자연적인 화학적 결합(native chemical ligation)에 의한 전-D-펩타이드(all-D-peptide) H-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIG VRFSKFIEAIGLDKFFDT-OH (5)의 합성
펩타이드 3 및 4 모두를 2% SDS, 1% 티오페놀(thiophenol) 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드(tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)를 포함하는 0.2 M TRIS-버퍼(pH 8.6)에 용해시켰다. 반응 혼합물을 실온에서 72시간 동안 흔들어주었다. 그 다음, 혼합물을 역상 HPLC에 의해 정제한다. N-말단 Z-보호기를 제거하기 위하여 펩타이드를 270 당량 TFA 및 50 당량 티오아니솔(thioanisol)에 용해시키고 실온에서 6시간 동안 흔들어준다(Yoshiaki Kisoet al, 1980). TFA의 증발 후, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척하고 역상 HPLC(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에 의해 다시 정제하였다. 유리 펩타이드 5의 분석을 SDS-PAGE, 역상 UPLC 및 ESI-질량 분석계로 한다. 산물의 정확한 질량을 구했다.
11.9 펩타이드 7 및 펩타이드 6의 단백질 분해효소 촉매 결합(protease-catalyzed ligation)에 의한 전-D- 펩타이드 (all-D-peptide) Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SMe (8)의 합성
4 M 유레아(Urea)를 포함하는 인산나트륨(sodium-phosphate) 버퍼(100 mM, pH 8.5, 100 mM NaCl 포함)에 펩타이드 6을 0.2 mM로 용해시키고 펩타이드 7을 0.6 mM로 용해시켰다. 20 μM 클로트리파인(Clostripain)(Endoprotease Arg-C, Worthington Biochemical Corporation, Lakewood, N.J., USA)의 첨가 후, 반응 혼합물을 하룻밤 동안 37 ℃에서 흔들어주었다. 침전된 펩타이드를 원심분리하고, H20/포름산 80/20에 용해시키고, 30분 내에 5% 내지 95%의 물 내의 ACN의 구배를 가지는 RP-18-컬럼(Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)을 이용하는 역상 HPLC로 정제하였다. 최종 펩타이드를 SDS-PAGE (도 19A) 및 ESI-질량 분석계(도 19B)로 분석하였다. 밴드를 결합 산물(ligation product)을 가리키는 14,4 kDa 및 21.5 kDa 사이의 1번 레인에서 발견하였다. 결합 산물의 이론적인 분자량(M theor = 17476 Da)은 ESI-MS에 의해 보여진 관찰된 분자량(Mobs = 17486 Da)에 상응한다.
11.10 펩타이드 5 및 펩타이드 8의 자연적인 화학적 결합(native chemical ligation)에 의한 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A115C/V203C의 합성
펩타이드 5 및 8 모두를 2% Triton X100, 1% 티오페놀(thiophenol) 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드(tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)를 포함하는 0.2 M TRIS-버퍼(pH 8.6)에 용해시켰다. 반응 혼합물을 실온에서 72시간 동안 흔들어주었다. 그 다음, 혼합물을 역상 HPLC에 의해 정제하고, SDS-PAGE, 역상 UPLC 및 ESI-질량 분석계로 분석했다. 결합 산물의 정확한 질량을 구한다.
실시예 12. D-아미노산으로 이루어진 중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성
실시예에서 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성이 기술되어 있다. 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A71C/A155C/V203C의 아미노산 서열은 Ac MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIACDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2이다.
사용된 모든 아미노산은 고체상 펩타이드 합성 Fmoc/tBu-전략적 요구사항(Eric Atherton 외,81)에 따라 보호되었다. 사용된 모든 아미노산은 D-아미노산(Bachem, Bubendorf, Switzerland)이다.
12.1 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 H-RTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (1)의 합성
0.1 mmol Fmoc-Sieber 링크(rink) 아미드 NovaSynTG 수지는 6 ml의 NMP에서 45분 동안 5 당량 아미노산, eq 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPBA를 사용하여 Fmoc-D-Thr(tBu)-OH로 Fmoc-탈보호(deprotection) 후에 로드되었다.
자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433 합성기를 사용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 30 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고 Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분간 3번 수행하였다. 더블 커플링은 42개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 1% (v/v) TFA에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 최종적으로 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계 (도 13)를 사용하여 특정하였다. 산물의 계산된 질량 (6244 Da)은 측정된 질량 (6249 Da)에 상응한다.
12.2 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 Boc - CDTLSIEF DKLKGMIGEA KAKYLISLAR DEYNEPIRTR VRKSIGRIVT MKRNSRNLEE IKPYLFRAIE ESYYKLDKRI PKAIHVVAVT EDLDIVSRG-OH (3)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 개시된 Fmoc-D-Gly-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-Gly-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단했고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링 단계는 39개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
합성된 펩타이드의 동일성은 HPLC 및 질량 분석계 (도 14)에 의해 소량의 펩티딜 수지의 TFA 분해로 이루어졌다. 실험적으로 결정된 산물의 질량 (11289 Da)는 이론적인 값 (11289 Da)과 상응한다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 1% (v/v) TFA에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 최종적으로 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
12.3 펩타이드 3 및 펩타이드 1의 단편(fragment) 축합에 의한 전-D- 펩타이드 H-CDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (5)의 합성
5 μmole (3) 및 1 당량 (1)을 DCM에서 25% (v/v)로 용해하였다. 5 당량 PyBOP 및 10 당량 DIPEA의 첨가 후에 혼합물을 밤새 교반하였다. 용매를 증발시킨 후에, 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 사용하여 침전시키고 여과하였다.
펩타이드의 측쇄 보호기의 분해는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS로 수행하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 역상(reversed phase) HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결건조하였다(freeze dried).
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계 (도 15)로 확인했다. 실험적으로 결정된 질량 (17531 Da)은 이론적인 분자 질량 (17531 Da)과 상응한다.
12.4 전-D- 펩타이드 HCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl ( 9)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Ala-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Ala-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링 단계는 44개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화는 10분 동안 3번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물 및 10% (v/v) DIPEA로 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 잔여물을 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 정제하였다.
0.005 mmol 완전히 보호된 펩타이드, 5 당량 PyBOP 및 100 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)을 6 ml DCM에서 용해했다. 10 당량 DIPEA를 추가한 후에, 혼합물을 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, 용매는 증발하여 감소시키고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스터는 건조되고 이 후 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS으로 분해하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상(reversed phase) HPLC 정제 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼으로 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결건조하였다.
최종 산물은 UPLC (도 21) 및 질량 분석계 (도 22)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자 질량 (9923 Da)은 계산된 질량 (9923 Da)과 상응한다.
12.5 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPN- SBzl ( 11)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Asn(Trt)-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-Gly-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단했고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링 단계는 40개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화는 10분 동안 3번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물 및 10% (v/v) DIPEA로 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
0.005 mmol 완전히 보호된 펩타이드, 5 eq PyBOP 및 100 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)은 6 ml DCM에서 용해했다. 10 당량 DIPEA를 추가한 후에, 혼합물을 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, 용매는 증발하여 감소시키고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스터는 건조되고 이 후 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS으로 분해하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상(reversed phase) HPLC 정제 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼으로 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물은 UPLC (도 23) 및 질량 분석계 (도 24)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자 질량 (7848 Da)은 계산된 질량 (7845 Da)과 상응한다.
12.6 전-D- 펩타이드 ZCDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-benzyl- thioester ( 7)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Leu-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Leu-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단했고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
N-말단 Z- 및 완전히 측쇄로 보호된 펩타이드 4는 DMF에서 1mM로 용해했다. 5 당량 PyBOP, 10 당량 DIPEA 및 30 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)을 추가한 후에, 혼합물은 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, DMF를 증발시키고 펩타이드를 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시키고 세척하였다. 측쇄 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS으로 분해하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 그리고 나서 펩타이드-벤질-티오에스테르는 역상 HPLC로 정제하였고 역상(reversed phase) UPLC (도 25A) 및 ESI-MS (도 25B)로 분석하였다. 이론적인 분자량 (M theor=5527Da)은 ESI-LC-MS로 보여진 관찰된 분자량 (Mobs=5534Da)과 상응한다.
12.7 펩타이드 7 및 펩타이드 5의 자연적인 화학적 결합(native chemical ligation)에 의한 전-D-펩타이드 HCDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIG VRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (8)의 합성
펩타이드 5 및 7 모두를 2% Triton X100, 1% 티오페놀 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 인산 나트륨-버퍼 (100 mM, 100mM의 NaCl 포함, pH 8)에 0.2 M로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 48시간 동안 섞어주었다. 이 후에 혼합물은 물/1% TFA에서 30% 내지 80% ACN/메탄올 1:1의 구배를 이용하여 RP-8-칼럼 (Vydac 208 TP, Grace GmbH & Co KG, Worms, Germany)에서 역상 HPLC로 30분 동안 정제하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 이동상으로 pH 6의 50 mM 나트륨-인산-인산 나트륨를 이용하여 Yarra 3u SEC-2000-칼럼 (Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 두 단계로 크기 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)로 정제하였다. 물/1% 포름산에서 HiTrap 탈염(desalting)-칼럼 5 ml (GE Healthcare GmbH, Munchen, Germany)로 염을 제거한 후에, 펩타이드 산물 분획은 동결 건조하였다. N-말단 Z-보호기의 제거를 위해 펩타이드를 270 당량 TFA 및 50 당량 티오아니솔(thioanisol)에 용해하였고 상온에서 6시간 동안 흔들어주었다 (Yoshiaki Kisoet 외, 1980). TFA를 증발시킨 후에, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척했다. 유리 펩타이드 8의 분석은 SDS-PAGE (도 26A) 및 ESI-LC-질량 분석계 (도 26B)로 수행하였다. 밴드는 20 kDa-밴드 및 결합 산물을 나타내는 마커의 25 kDa-밴드 사이에서 관찰되었다. 결합 산물의 이론적인 분자량 (Mtheor=22781Da)은 ESI-LC-질량에 의해 보여진 이론적인 분자량 (Mobs=22796Da)과 상응한다.
12.8 펩타이드 10 및 펩타이드 9의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D- 펩타이드 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (11)의 합성
펩타이드 10 및 9 모두를 6 M 구아디닌-HCl, 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 및 2% 티오페놀를 포함하는 인산 나트륨 버퍼 (100 mM, pH 8, 100 mM NaCl 포함)에서 0.5 mM로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 72시간 동안 흔들어주었다. 여기서 티오페놀-침전물은 원심분리했고 상층액은 Agilent SEC-3-칼럼 (Agilent Technologies Deutschland GmbH, Boblingen, Germany) 및 이동상으로 50 mM 인산 나트륨-버퍼 pH6에서 6 M 구아디닌을 이용하여 크기 배제 크로마토그래피로 정제하였다. 펩타이드를 포함하는 분획은 이 후에 물/1% 포름산에서 HiTrap 탈염(desalting)-칼럼 5 ml (GE Healthcare GmbH, Munchen, Germany)로 염을 제거하였다. 동결 건조 후에 분획은 SDS-PAGE (도 27A) 및 ESI-LC-질량-분석계 (도 27B)로 분석하였다. 밴드는 15 kDa-밴드 및 결합 산물을 나타내는 마커의 20 kDa-밴드 사이 레인 3 내지 6에서 관찰되었다. 결합 산물의 이론적인 분자량 (Mtheor=17641Da)은 ESI-LC-MS에 의해 보여진 이론적인 분자량 (Mobs=17641Da)과 상응한다.
12.9 펩타이드 11 및 펩타이드 8의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성
펩타이드 11 및 8 모두를 2% Triton X100, 1% 티오페놀 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 인산 나트륨 버퍼 (100 mM, 100mM의 NaCl 포함, pH 8)에 50 μM로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 72시간 동안 흔들어주었다. 이 후에 반응 혼합물은 SDS-PAGE(도 28 A+B) 및 ESI-LC-질량 분석계(도 C)로 분석하였다. 밴드는 쿠마시-염색된 겔 (A)의 레인 3에서, 37 kDa-밴드 및 마커의 50 kDa 밴드 사이 은-염색된 겔 (B)의 레인과 상응하는 곳에서 및 결합 산물을 나타내는 자연적인 L-Dpo4의 높은 존재가 관찰되었다. 결합 산물의 이론적인 분자량 (Mtheor=40298 Da)은 ESI-LC-질량(C)에 의해 보여진 관찰된 분자량 (Mobs=40945 Da)과 상응한다. 647 Da만큼 더 높은 측정 질량이 Triton X-100 첨가물에 의해 야기될 수 있다.
실시예 13. D-아미노산으로 이루어진 중합효소 Dpo4 변이체 M76G/A155C/V203C의 합성
실시예에서 전-D-중합효소 Dpo 변이체 M76G/A155C/V203C의 합성을 기술하고 있다. 전-D-중합효소 Dpo 변이체 M76G/A155C/V203C의 아미노산 서열은 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPGRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIACDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2이다.
사용된 모든 아미노산은 고체상 펩타이드 합성 Fmoc/tBu-전략적 요구사항(Eric Atherton 외, 1981)에 따라 보호되었다. 사용된 모든 아미노산은 D-아미노산(Bachem, Bubendorf, Switzerland)이다.
13.1 H-Gly-OGp(Boc) 2 의 합성
1 mmol Z-Gly-OH, 0.9 당량 TBTU 및 0.9 mmol HO-Gp(Boc)2는 10 ml DMF에서 용해되었다. 2당량 DIPEA의 첨가 후에 용액을 2시간 동안 교반하였다. 용매의 증발 후에 원시 산물(raw product)을 DCM:EE 9:1을 이용하여 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatograpy)로 정제하였다. Z-Gly-OGp(Boc)2의 순수 분획을 모으고 용매는 증발시켰다.
Z-Gly-OGp(Boc)2는 10 ml의 MeOH에서 용해시키고 아르곤으로 씻어냈다. N-말단 Z-기의 가수분해는 2시간 동안 Pd/C 촉매 및 H2를 첨가하여 수행하였다. 촉매를 여과한 후 용매는 감압 하에 증발시켰다. 분석은 역상 HPLC 및 질량 분석계를 이용하여 수행하였다. 408 Da의 계산된 질량은 409 Da의 실험적으로 결정된 질량과 상응한다.
13.2 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 H-R TFPHGISKET AYSESVKLLQ KILEEDERKI RRIGVRFSKF IEAIGLDKFF DT-NH 2 (1)의 합성
0. 1 mmol Fmoc-Sieber 링크 아미이드 NovaSynTG 수지는 6 ml NMP에서 45분 동안 5 당량 아미노산, 당량 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPEA로 F-moc-탈보호 후에 로드하였다.
자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433 합성기를 사용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 30 당량 DIPEA를 이용하여 활성화되었다. 커플링 시간은 45분이었고 Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 42개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 1% (v/v) TFA에서 펩티딜 수지로 두 번 배양하여 수행했다. 수지를 여과한 후에 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 최종적으로 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계(도 13)로 특정하였다. 산물의 계산된 질량(6244 Da)은 측정된 질량(6249 Da)과 상응한다.
13.3 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 Boc - CDTLSIEF DKLKGMIGEA KAKYLISLAR DEYNEPIRTR VRKSIGRIVT MKRNSRNLEE IKPYLFRAIE ESYYKLDKRI PKAIHVVAVT EDLDIVSRG-OH (3)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-Gly-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 mmol 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Leu-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링 단계는 39개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
합성된 펩타이드의 동일성은 HPLC 및 질량 분석계 (도 14)에 의해 소량의 펩티딜 수지의 TFA 절단 후에 특정하였다. 실험적으로 결정된 산물의 질량 (11289 Da)은 이론적인 값 (11286 Da)과 상응한다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단은 2시간 동안 DCM에서 10 ml 1% (v/v) TFA에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 최종적으로 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
13.4 펩타이드 1 및 펩타이드 3의 단편 농축을 통한 전-D- 펩타이드 HCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (5)의 합성
5 μmole (3) 및 1 당량 (1)은 DCM에서 25% (v/v) TFE로 용해했다. 5 당량 PyBOP 및 10 당량 DIPEA의 첨가 후에, 혼합물을 밤새 교반하였다. 용매의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 이용하여 침전시키고 여과하였다.
펩타이드의 측쇄 보호기의 분해는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS로 수행하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 역상 HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계(도 15)로 특정하였다. 산물의 실험적으로 결정된 질량 (17531 Da)은 측정된 질량 (17512 Da)과 상응한다.
13.5 전-D- 펩타이드 HRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (9)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Ala-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Ala-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 44 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화는 10분 동안 3번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물 및 10% (v/v) DIPEA로 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
0.005 mmol 완전히 보호된 펩타이드, 5 당량 PyBOP 및 100 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)을 6ml DCM에서 용해하였다. 10 당량 DIPEA를 추가한 후에, 혼합물은 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, 용매는 증발시켜 감소시키고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스터는 건조되고 그 후 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS를 이용하여 절단하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상 HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물은 UPLC(도 29) 및 질량 분석계(도 30)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자량(9217 Da)은 계산된 질량(9217 Da)과 상응한다.
13.6 AcMIVLFVDFDY FYAQVEEVLNP SLKGKPVVV CVFSGRFEDS GAVATANYEA RKFGVKAGIP IVEAKKILPN AVYLPG -OGp (10)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외. (Barlos 외., 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Pro-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Pro-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 45개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화는 10분 동안 3번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물 및 10% (v/v) DIPEA로 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 펩타이드를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
0.005 mmol 완전히 보호된 펩타이드, 5 당량 PyBOP 및 100 당량 H-Gly-OGp(Boc)2를 6ml DCM에서 용해하였다. 10 당량 DIPEA를 추가한 후에, 혼합물은 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, 용매는 증발시켜 감소시키고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스터는 건조되고 그 후 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물, 2.5% TIS를 이용하여 절단하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상 HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물은 UPLC(도 31) 및 질량 분석계(도 32)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자량(8481 Da)은 계산된 질량(8473 Da)과 상응한다.
13.7 전-D- 펩타이드 ZCDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL- 벤질 - 티오에스터 ( 7)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Leu-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Leu-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 펩타이드 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
N-말단 Z- 및 완전히 측쇄로 보호된 펩타이드 4는 DMF에서 1mM로 용해했다. 5 당량 PyBOP, 10 당량 DIPEA 및 30 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)을 추가한 후에, 혼합물은 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, DMF를 증발시키고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시키고 세척시켰다. 측쇄 보호기는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS으로 제거하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 그리고 나서 펩타이드-벤질-티오에스테르는 역상 HPLC로 정제하였고 역상(reversed phase) UPLC (도 25A) 및 ESI-MS (도 25B)로 분석하였다. 이론적인 분자량 (M theor=5527Da)은 ESI-LC-MS로 보여진 관찰된 분자량 (Mobs=5534Da)과 상응한다.
13.8 펩타이드 7 및 펩타이드 5의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D- 펩타이드 HCDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIG VRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (8)의 합성
펩타이드 5 및 7 모두를 2% Triton X100, 1% 티오페놀 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 인산 나트륨 버퍼 (100 mM, 100mM의 NaCl 포함, pH 8)에 0.2 M로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 48시간 동안 흔들어주었다. 이 후에 혼합물은 물/1% TFA에서 30% 내지 80% ACN/메탄올 1:1의 구배를 이용하여 RP-8-칼럼 (Vydac 208 TP, Grace GmbH & Co KG, Worms, Germany)에서 역상 HPLC로 30분 동안 정제하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 Yarra 3u SEC-2000-칼럼 (Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 크기 사이즈 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)로 두 단계로 정제하였다. 펩타이드 산물 분획을 동결 건조하였다. N-말단 Z-보호기의 제거를 위하여 펩타이드를 270 당량 TFA 및 50 당량 티오아니솔(thioanisol)에 용해하였고 상온에서 6시간 동안 흔들어주었다 (Yoshiaki Kisoet 외, 1980). TFA를 증발시킨 후에, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척했다. 유리 펩타이드 8의 분석은 SDS-PAGE (도 26A) 및 ESI-LC-질량 분석계 (도 26B)로 수행하였다. 밴드는 20 kDa-밴드 및 결합 산물을 나타내는 마커의 25 kDa-밴드 사이에서 관찰되었다. 결합 산물의 이론적인 분자량 (Mtheor=22781Da)은 ESI-LC-질량에 의해 관찰된 이론적인 분자량 (Mobs=22796Da)과 상응한다.
13.9 펩타이드 10 및 펩타이드 9의 프로테아제- 촉매된 결합에 의한 전-D- 펩타이드 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNAVYLPGRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-SBzl (11)의 합성
4 M 유레아를 포함하는 인산 나트륨 버퍼 (100 mM, pH 8, 100 mM NaCl 포함)에서 펩타이드 10은 0.2 mM로, 펩타이드 9는 0.6 mM로 용해했다. 20 μM 클로스트리파인(Clostripain) (Endoprotease Arg-C, Worthington Biochemical Corporation, Lakewood, N.J., USA)의 첨가 후에, 반응 혼합물을 37 ℃에서 밤새 교반하였다. 여기서 6 M 구아디닌-HCl이 첨가되고 혼합물은 이동상으로 50 mM 인산 나트륨-버퍼 pH6에서 6 M 구아디닌-HCl을 갖는 Agilent SEC-3-칼럼 (Agilent Technologies Deutschland GmbH, Boblingen, Germany)을 이용하여 크기 배제 크로마토그래피로 정제하였다. 펩타이드를 포함하는 분획은 이 후에 물/1% 포름산에서 HiTrap 탈염(desalting)-칼럼 5 ml (GE Healthcare GmbH, Munchen, Germany)로 염을 제거하였다. 동결 건조 후에 분획은 SDS-PAGE (도 33A) 및 ESI-LC-질량-분석계 (도 33B)로 분석하였다. 밴드는 15 kDa 밴드 및 결합 산물을 나타내는 마커의 20 kDa 밴드 사이 레인 3 및 4에서 관찰되었다. 결합 산물의 이론적인 분자량(Mtheor=17612Da)은 ESI-LC-질량에 의해 관찰된 이론적인 분자량(Mobs=17612Da)과 상응한다.
13.10 펩타이드 11 및 펩타이드 8의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 M76G/A155C/V203C의 합성
펩타이드 11 및 8 모두를 2% Triton X100, 1% 티오페놀 및 5 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 Tris-버퍼(pH 6.8)에 0.2 M로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 72시간 동안 흔들어주었다. 이 후에 반응 혼합물은 역상 HPLC로 정제하고 SDS-PAGE, 역상 UPLC 및 ESI-LC-질량 분석계로 분석하였다. 결합 산물의 정확한 질량을 구했다.
실험예 14. 대안적 합성 전략에 의한 D- 아미노산로 이루어진 중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성
실시예에서 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성이 기술되어 있다. 전-D 중합효소 Dpo 변이체 A71C/A155C/V203C의 아미노산 서열은 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIACDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH2이다.
사용된 모든 아미노산은 고체상 펩타이드 합성 Fmoc/tBu-전략적 요구사항(Eric Atherton 외, 1981)에 따라 보호되었다. 사용된 모든 아미노산은 D-아미노산(Bachem, Bubendorf, Switzerland)이다.
14.1 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 H-KAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (1)의 합성
0. 1 mmol Fmoc-Sieber 링크 아미드 NovaSynTG 수지는 6 ml NMP에서 45분 동안 5 당량 아미노산, 당량 4.9 당량 HATU 및 10 당량 DIPEA를 사용하여 Fmoc-D-Thr(tBu)-OH로 Fmoc-탈보호 후에 로드하였다.
자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433 합성기를 사용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화되었다. 커플링 시간은 45분이었고 Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 42개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 절단은 2시간 동안 DCM에서 10 ml 1% (v/v) TFA에서 펩티딜 수지로 두 번 배양하여 수행했다. 수지를 여과한 후에 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 최종적으로 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계(도 34)로 특정하였다. 산물의 계산된 질량(8148 Da)은 측정된 질량(8156 Da)과 상응한다.
14.2 완전히 보호된 전-D- 펩타이드 H- CDTLSIEF DKLKGMIGEA KAKYLISLAR DEYNEPIRTR VRKSIGRIVT MKRNSRNLEE IKPYLFRAIE ESYYKLDKRI P-OH (3)의 합성
0.1 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Pro-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Pro-OH, 2.4 mmol DIPEA로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단했고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 40개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단 시스테인 유도체는 Boc-D-Cys(Trt)-OH이다.
합성된 펩타이드의 동일성은 HPLC 및 질량 분석계 (도 35)에 의한 소량의 펩티딜 수지의 TFA 절단 후에 특정하였다. 실험적으로 결정된 산물의 질량(9393 Da)은 이론적인 값(9382 Da)에 상응한다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 1% TFA (v/v)에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
14.3 펩타이드 1 및 펩타이드 3의 단편 축합에 의한 전-D- 펩타이드 HCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIGVRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (5)의 합성
5 μmole (3) 및 1 당량 (1)은 DCM에서 25% (v/v) TFE로 용해하였다. 5 당량 PyBOP 및 10 당량 DIPEA의 첨가 후에, 혼합물을 밤새 교반하였다. 용매의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르를 이용하여 침전시키고 여과하였다.
펩타이드의 측쇄 보호기의 분해는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS로 수행하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. N-말단 Fmoc-보호된 펩타이드의 역상 HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결건조하였다.
최종 산물은 HPLC 및 질량 분석계(도 36)로 특정하였다. 산물의 실험적으로 결정된 질량(17529 Da)은 이론적인 질량(17512 Da)과 상응한다.
14.4 전-D- 펩타이드 H-CVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-NHNH 2 (9)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Zhang 외 (Zhang 외, 1989)에서 기술된 히드라지드(hydrazide)로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM에서 DCM 및 50% DMF으로 세척하였다. 이 후에 수지는 DMF에서 5% NH2NH2 (v/v)로 30분 동안 두 번 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 제1 아미노산의 커플링은 NMP에 용해된 1 mmol Fmoc-D-Ala-OH, 0,9 mmol HATU 및 2 mmol DIPEA으로 한시간 동안 그 수지를 배양하여 수행하였다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 43개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다.
수지로부터 펩타이드 히드라지드의 분해는 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT(v/v), 2.5% 물(v/v) 및 2.5% TIS(v/v)로 수행하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상 HPLC 정제는 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼에서 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다.
최종 산물은 UPLC(도 37A) 및 질량 분석계(도 37B)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자량(9843 Da)은 계산된 질량(9830 Da)과 상응한다.
14.5 AcMIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPN- SBzl ( 11)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Asn(Trt)-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Asn(Trt)-OH 및 2.4 mmol DIPEA으로 90분 동안 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v)용액, 10% DIPEA (v/v)을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 더블 커플링은 40개의 아미노산의 커플링 후에 수행하였다. N-말단의 아세틸화는 10분 동안 3번 DMF에서 10% (v/v) 아세트산 무수물 및 10% (v/v) DIPEA로 수행하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
0.005 mmol 완전히 보호된 펩타이드, 5 eq PyBOP 및 100 당량 벤질메르캅탄(benzylmercaptan)을 6 ml DCM에서 용해했다. 10 당량 DIPEA를 추가한 후에, 혼합물을 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, 용매를 증발시켜 감소시키고 잔여물은 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드 에스터는 건조되고 이 후 보호기를 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT(v/v), 2.5% 물(v/v) 및 2.5% TIS(v/v)으로 절단하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 펩타이드 에스터의 역상(reversed phase) HPLC 정제 ACN/물 구배를 이용하여 C18 칼럼으로 수행하였다. 산물만을 포함하는 분획을 모으고 동결건조하였다.
최종 산물은 UPLC(도 23) 및 질량 분석계(도 24)로 특정하였다. 질량 분석계로 결정된 산물의 분자량(7848 Da)은 측정된 질량(7845 Da)과 상응한다.
14.6 전-D- 펩타이드 리포 ( lipo )-CDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKL-4- 아세트아미도티오페닐에스터 (acetamidothiophenylester) (7)의 합성
0.10 mmol TentaGel-R-Trityl 수지는 Barlos 외 (Barlos 외, 1989)에서 기술된 Fmoc-D-Leu-OH로 로드하였다. 따라서 0.10 mmol 수지는 0.6 염화티오닐로 30분 동안 두 번 배양하였고 그 후에 DCM으로 세척하였다. 이 후에 수지는 6 ml DCM에서 0.6 mmol Fmoc-D-Leu-OH 및 2.4 mmol DIPEA으로 90분 동안 두 번 배양하였다. 그리고 나서 수지는 DCM에서 10% MeOH (v/v), 10% DIPEA (v/v)의 용액을 사용하여 10분 동안 3번 차단하고 DCM으로 세척했다. 자동화된 합성은 FASTmoc 프로토콜로 ABI 433을 이용하여 수행하였다. 10 당량 아미노산은 NMP에서 9 당량 HATU 및 20 당량 DIPEA를 이용하여 활성화시켰다. 커플링 시간은 45분이었고, Fmoc-탈보호는 NMP에서 20% (v/v) 피페리딘으로 7분 동안 3번 수행하였다. 최종 커플링 단계 후에 Fmoc-탈보호를 수행하였다. 리포 태그(lipo tag)는 Garcia-Echeverria (Garcia-Echeverria, C. 1995)에 따라 밤새 NMP에서 10 당량 4-니트로페닐-2-(옥타데실설포닐)에틸카보네이트, 10 당량 HOBt 및 10 당량 DIPEA로 된 수지로 배양하여 도입하였다. 이 후에 수지는 NMP 및 DCM으로 세척하였다.
완전히 보호된 펩타이드 산의 분해는 2시간 동안 DCM에서 10 ml 30% (v/v) HFIP에서 두 번 펩티딜 수지를 배양하여 수행하였다. 수지를 여과한 후에, 용매를 증발시켰고 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시켰다. 침전된 펩타이드를 분리하고 건조하였다.
0.005 mmol N-말단 리포- 및 완전하게 측쇄로 보호된 펩타이드 4를 DCM에서 용해했다. 5 당량 PyBOP, 10 당량 DIPEA 및 30 당량 4-아세트아미도티오페놀을 추가한 후에, 혼합물을 4시간 동안 교반하였다. 이 후에, DCM을 증발시키고, 펩타이드를 침전시키고 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 세척했다. 측쇄 보호기를 2시간 동안 TFA에서 2.5% EDT, 2.5% 물 및 2.5% TIS으로 제거하였다. TFA의 증발 후에 펩타이드는 얼음처럼 차가운 디에틸 에테르로 침전시키고 세척했다. 그리고 나서 펩타이드-5-아세트아미도티오페닐에스터는 역상 HPLC로 정제하고 역상 UPLC 및 질량 분석계로 분석하였다. 이론적인 분자량 (Mtheor=5844 Da)은 ESI-LC-MS로 보여진 분자량 (Mobs=5847 Da)과 상응한다.
14.7 펩타이드 7 및 펩타이드 5의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D- 펩타이드 HCDMAKPNGIKVIDDEEVKRLIRELDIADVPGIGNITAEKLKKLGINKLCDTLSIEFDKLKGMIGEAKAKYLISLARDEYNEPIRTRVRKSIGRIVTMKRNSRNLEEIKPYLFRAIEESYYKLDKRIPKAIHVVAVTEDLDIVSRGRTFPHGISKETAYSESVKLLQKILEEDERKIRRIG VRFSKFIEAIGLDKFFDT-NH 2 (8)의 합성
펩타이드 5 및 7 모두를 200M 메르캅토페닐아세트산(Mercaptophenylacetic acid) 및 50 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 인산 나트륨(200 mM, 6M 구아니딘 HCl 포함, pH 8)에 2mM로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 24시간 동안 흔들어주었다. 이 후에 혼합물은 30% 내지 95% ACN/메탄올 1:1의 구배를 이용하여 RP-4-칼럼 (Jupiter 5 μm, 300 A, Phenomenex, Aschaffenburg, Germany)에서 역상 HPLC로 30분 안에 정제하였다. 산물을 포함하는 분획을 모으고 동결 건조하였다. 리포 태그(lipo tag)의 절단은 Garcia-Echeverria (Garcia-Echeverria, C. 1995)에 따라 밤새 TFE에서 10 % NH4OH의 건조된 산물을 배양하여 수행하였다. 최종 산물의 정제는 상기에 묘사한 바와 같이 동일한 HPLC 조건을 이용하여 수행하였다. 결합 산물의 이론적인 분자량(Mtheor=22781 Da)은 ESI-LC-MS에 의해 관찰된 분자량 (Mobs=22996 Da)과 상응한다.
14.8 펩타이드 10 및 펩타이드 9의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D- 펩타이드 Ac-MIVLFVDFDYFYAQVEEVLNPSLKGKPVVVCVFSGRFEDSGAVATANYEARKFGVKAGIPIVEAKKILPNCVYLPMRKEVYQQVSSRIMNLLREYSEKIEIASIDEAYLDISDKVRDYREAYNLGLEIKNKILEKEKITVTVGISKNKVFAKIA-NHNH 2 (11)의 합성
펩타이드 10 및 9는 200mM 메르캅토페닐아세트산(Mercaptophenylacetic acid) 및 50 mM 트리스(2-카복시에틸)포스핀 염화수소산염 (tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride)을 포함하는 인산 나트륨-버퍼 (200 mM, 6M 구아니딘 HCl, pH 8)에 2mM로 용해했다. 반응 혼합물은 상온에서 24시간 동안 섞어주었다. HPLC-정제는 C4 칼럼(Jupiter 5 μm, 300 A, Phenomenex, Aschaffenburg, Germany) 및 30분 동안 30%-95% ACN (0.1% TFA) 구배를 이용하여 수행하였다. 분획을 포함하는 산물을 모으고 동결 건조하였다. 결합 산물의 이론적인 분자량(Mtheor=17641 Da)은 ESI-LC-MS에 의해 관찰된 분자량 (Mobs=17641 Da)과 상응한다.
14.9 펩타이드 11 및 펩타이드 8의 자연적인 화학적 결합에 의한 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C의 합성
펩타이드 11의 히드라지드 기능기의 산화, 티오에스터로의 형질전환 및 자연적인 화학적 결합은 Zheng 외 (Zheng 외, 2013)에 따라 수행하였다. 펩타이드 11를 인산 나트륨-버퍼 (200 mM, 6M 구아니딘 HCl, pH 3)에서 2 mM로 용해했고 -15 ℃ 아이스-배스(ice-bath)에 놓아두었다. 산화는 50 mM의 최종 농도에 NaNO2를 첨가하여 수행하였다. 15분 후에 상기 용액은 펩타이드 8의 2 mM 용액과 200mM 메르캅토페닐아세트산(Mercaptophenylacetic acid) 및 50 mM TCEP를 포함하는 인산 나트륨-버퍼 (200 mM, 6M 구아니딘 HCl, pH 8)에서 혼합하였다. 반응 혼합물은 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 이 후 반응 혼합물은 SDS-PAGE 및 ESI-LC-질량 분석계로 분석하였다.
실시예 15. D-아미노산으로 구성되는 합성 중합효소 dpo4의 활성 확인
본 실시예는 실시예 11, 12, 13 및 14의 전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C, A71C/A155C/V203C 및 M76G/A155C/V203C에 대한 PCR 활성 테스트를 기술하고, 상기 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C는 실시예 13 또는 14의 합성 및 결합(ligation)을 생산할 수 있다.
놀랍게도, 합성 전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A71C/A155C/V203C 및 M76G/A155C/V203C 는 추가의 리폴딩(refolding) 노력 없이 활성이 있었으므로, 추가의 리폴딩 과정 없이 사용된다. 단백질 농도를 SYPRO-RED 염색(Invitrogen, Karlsruhe, Germany)에 따른 알려진 단백질의 표준 시리즈 및 BioRad Fx scanner instrument 상의 덴시오매트릭(densiometric) 밴드를 이용한 프리-캐스트 겔(pre-cast gels)(Invitrogen, Karlsruhe, Germany) 상의 SDS-PAGE에 의해 측정하였다.
15.1 PCR 활성 분석을 위한 주형
PCR 반응을 위한 주형은 83-mer 단일-가닥 L-DNA 올리고뉴클레오티드 (MJ_1_105_LD)이며 첫 번째 열 순환에서 반대 가닥이 만들어진다. 이후, 양 가닥은 지수적 증폭을 위한 주형으로서 제공된다. 주형 DNA 올리고뉴클레오티드 및 DNA 프라이머는 L-배열(configuration)로 NOXXON에서 합성된다.
PCR 활성 분석을 위한 올리고뉴클레오티드의 리스트:
명칭 뉴클레오티드 길이 배열
(Configuration)
서열(5'→3')
MJ_1_105_LD 83 L GTGGAACCGACAACTTGTGCTGCGTCCAGCATAAGAAAGGAGCTCCCTCAGAAGAAGCTGCGCAGCGTGCCAGTCTGAGCTCC
MJ_oligo_187_LD 38 L TCTAATACGACTCACTATAGGAGCTCAGACTGGCACGC
MJ_oligo_189_LD 20 L GTGGAACCGACAACTTGTGC
15.2 PCR 반응
15 ㎕ PCR 반응은 각각 0.2 mM의 네 개의 L-dNTP, 10 nM 83-mer ssDNA (MJ_1_105_LD) 주형, 1 μM 정방향 및 역방향 프라이머, 1x ThermoPol 버퍼 (Invitrogen, 20 mM Tris-HCl, 10 mM KCl, 10 mM (NH4)2SO4, 2 mM MgSO4, 0.1 % Triton X-100, pH 8.8@25℃) 및 적어도 0.67 ng/㎕의 전-D-중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C를 포함했다. 정방향 프라이머는 83-mer 주형과 구별할 수 있는, 102 bp의 PCR 산물을 수득하는 MJ_oligo_187_LD이다. 역방향 프라이머는 MJ_oligo_189_LD이다. L-dNTP는 Rasayan, Inc. (Encinitas, CA, USA)으로부터 맞춤형 합성(custom synthesis)으로 구입하였다.
음성 대조군은 전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C를 생략하여 수행했다.
열 순환 프로그램은 1 순환 (85 ℃, 3분), 그 다음 적어도 7 순환 (85 ℃, 30 초 / 56 ℃, 1 분 / 60 ℃, 4 분), 그 다음 4 ℃에서 유지로 구성되었다. PCR 반응의 4 ℃ 부분표본(aliquots)을 샘플 로딩 버퍼와 혼합하고, TBE 겔에서 분석하였다. 다른 것들 중에서, 100 bp 밴드를 포함하는 DNA 표준 래더(DNA standard ladder)를 겔에 적용하였다.
15.3 활성확인
전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C 및 L-DNA 기질 및 L-뉴클레오티드를 가지는 PCR 반응은 DNA 표준 래더(DNA standard ladder)와 비교하여 약 100 bp의 범위에서 밴드를 수득한다. 상기 밴드는 음성 대조군에서 나타나지 않고, 거기서 중합효소는 생략된다. 또한 상기 102 bp는 83-mer 주형보다 더 잘 이동한다. 따라서 L-DNA 증폭 산물의 나타남에 의존하는 전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C은 열 증폭 프로세스에서 합성 전-D 중합효소 Dpo4 변이체 A155C/V203C의 활성을 확인한다.
실시예 16. D- 또는 L-핵산의 합성
L-DNA 핵산 또는 D-DNA 핵산을 표준 외향고리(exocyclic) 아민 보호기를 가진 2'TBDMS DNA 포스포라미디트(phosphoramidite) 화학(Damha and Ogilvie, 1993)을 이용하는 ABI 394 합성기(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)를 가지고 고체상 합성(solid-phase synthesis)으로 생산했다. DNA 합성을 위해, D- 및 L-배열(configuration)의 dA(N-Bz)-, dC(N-Ac)-, dG(N-ibu)-, 및 dT를 적용하였다. 모든 포스포라미디트(phosphoramidite)를 ChemGenes, Wilmington, MA로부터 구입하였다. 합성 및 탈보호 후에, L-DNA 핵산 또는 D-DNA 핵산을 겔 전기영동(electrophoresis)에 의해 정제하였다.
SEQUENCE LISTING <110> NOXXON Pharma AG <120> Synthesis of L-nucleic acids by means of an enzyme <130> N 10105 PCT <140> PCT/EP2014/003102 <141> 2014-11-20 <160> 343 <170> PatentIn version 3.3 <210> 1 <211> 174 <212> PRT <213> African swine fever virus <400> 1 Met Leu Thr Leu Ile Gln Gly Lys Lys Ile Val Asn His Leu Arg Ser 1 5 10 15 Arg Leu Ala Phe Glu Tyr Asn Gly Gln Leu Ile Lys Ile Leu Ser Lys 20 25 30 Asn Ile Val Ala Val Gly Ser Leu Arg Arg Glu Glu Lys Met Leu Asn 35 40 45 Asp Val Asp Leu Leu Ile Ile Val Pro Glu Lys Lys Leu Leu Lys His 50 55 60 Val Leu Pro Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser Phe Ser Val Lys Val 65 70 75 80 Cys Gly Glu Arg Lys Cys Val Leu Phe Ile Glu Trp Glu Lys Lys Thr 85 90 95 Tyr Gln Leu Asp Leu Phe Thr Ala Leu Ala Glu Glu Lys Pro Tyr Ala 100 105 110 Ile Phe His Phe Thr Gly Pro Val Ser Tyr Leu Ile Arg Ile Arg Ala 115 120 125 Ala Leu Lys Lys Lys Asn Tyr Lys Leu Asn Gln Tyr Gly Leu Phe Lys 130 135 140 Asn Gln Thr Leu Val Pro Leu Lys Ile Thr Thr Glu Lys Glu Leu Ile 145 150 155 160 Lys Glu Leu Gly Phe Thr Tyr Arg Ile Pro Lys Lys Arg Leu 165 170 <210> 2 <211> 174 <212> PRT <213> Artificial <220> <223> Synthetic <400> 2 Met Leu Thr Leu Ile Gln Gly Lys Lys Ile Val Asn His Leu Arg Ser 1 5 10 15 Arg Leu Ala Phe Glu Tyr Asn Gly Gln Leu Ile Lys Ile Leu Ser Lys 20 25 30 Asn Ile Val Ala Val Gly Ser Leu Arg Arg Glu Glu Lys Met Leu Asn 35 40 45 Asp Val Asp Leu Leu Ile Ile Val Pro Glu Lys Lys Leu Leu Lys His 50 55 60 Val Leu Pro Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser Phe Ser Val Lys Gly 65 70 75 80 Cys Gly Glu Arg Lys Cys Val Leu Phe Ile Glu Trp Glu Lys Lys Thr 85 90 95 Tyr Gln Leu Asp Leu Phe Thr Ala Leu Ala Glu Glu Lys Pro Tyr Ala 100 105 110 Ile Phe His Phe Thr Gly Pro Val Ser Tyr Leu Ile Arg Ile Arg Ala 115 120 125 Ala Leu Lys Lys Lys Asn Tyr Lys Leu Asn Gln Tyr Gly Leu Phe Lys 130 135 140 Asn Gln Thr Leu Val Pro Leu Lys Ile Thr Thr Glu Lys Glu Leu Ile 145 150 155 160 Lys Glu Leu Gly Phe Thr Tyr Arg Ile Pro Lys Lys Arg Leu 165 170 <210> 3 <211> 174 <212> PRT <213> Artificial <220> <223> Synthetic <400> 3 Met Leu Thr Leu Ile Gln Gly Lys Lys Ile Val Asn His Leu Arg Ser 1 5 10 15 Arg Leu Ala Phe Glu Tyr Asn Gly Gln Leu Ile Lys Ile Leu Ser Lys 20 25 30 Asn Ile Val Ala Val Gly Ser Leu Arg Arg Glu Glu Lys Met Leu Asn 35 40 45 Asp Val Asp Leu Leu Ile Ile Val Pro Glu Lys Lys Leu Leu Lys His 50 55 60 Val Leu Pro Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser Phe Ser Val Lys Ala 65 70 75 80 Cys Gly Glu Arg Lys Cys Val Leu Phe Ile Glu Trp Glu Lys Lys Thr 85 90 95 Tyr Gln Leu Asp Leu Phe Thr Ala Leu Ala Glu Glu Lys Pro Tyr Ala 100 105 110 Ile Phe His Phe Thr Gly Pro Val Ser Tyr Leu Ile Arg Ile Arg Ala 115 120 125 Ala Leu Lys Lys Lys Asn Tyr Lys Leu Asn Gln Tyr Gly Leu Phe Lys 130 135 140 Asn Gln Thr Leu Val Pro Leu Lys Ile Thr Thr Glu Lys Glu Leu Ile 145 150 155 160 Lys Glu Leu Gly Phe Thr Tyr Arg Ile Pro Lys Lys Arg Leu 165 170 <210> 4 <211> 174 <212> PRT <213> Artificial <220> <223> Synthetic <400> 4 Met Leu Thr Leu Ile Gln Gly Lys Lys Ile Val Asn His Leu Arg Ser 1 5 10 15 Arg Leu Ala Phe Glu Tyr Asn Gly Gln Leu Ile Lys Ile Leu Ser Lys 20 25 30 Asn Ile Val Ala Val Gly Ser Leu Arg Arg Glu Glu Lys Met Leu Asn 35 40 45 Asp Val Asp Leu Leu Ile Ile Val Pro Glu Lys Lys Leu Leu Lys His 50 55 60 Val Leu Pro Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser Phe Ser Val Lys Val 65 70 75 80 Cys Gly Glu Arg Lys Cys Val Leu Phe Ile Glu Trp Glu Lys Lys Thr 85 90 95 Tyr Gln Leu Asp Leu Phe Thr Ala Leu Ala Glu Glu Lys Pro Tyr Ala 100 105 110 Ile Phe His Phe Thr Gly Pro Val Ser Tyr Leu Gly Arg Ile Arg Ala 115 120 125 Ala Leu Lys Lys Lys Asn Tyr Lys Leu Asn Gln Tyr Gly Leu Phe Lys 130 135 140 Asn Gln Thr Leu Val Pro Leu Lys Ile Thr Thr Glu Lys Glu Leu Ile 145 150 155 160 Lys Glu Leu Gly Phe Thr Tyr Arg Ile Pro Lys Lys Arg Leu 165 170 <210> 5 <211> 174 <212> PRT <213> Artificial <220> <223> Synthetic <400> 5 Met Leu Thr Leu Ile Gln Gly Lys Lys Ile Val Asn His Leu Arg Ser 1 5 10 15 Arg Leu Ala Phe Glu Tyr Asn Gly Gln Leu Ile Lys Ile Leu Ser Lys 20 25 30 Asn Ile Val Ala Val Gly Ser Leu Arg Arg Glu Glu Lys Met Leu Asn 35 40 45 Asp Val Asp Leu Leu Ile Ile Val Pro Glu Lys Lys Leu Leu Lys His 50 55 60 Val Leu Pro Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser Phe Ser Val Lys Val 65 70 75 80 Cys Gly Glu Arg Lys Ser Val Leu Phe Ile Glu Trp Glu Lys Lys Thr 85 90 95 Tyr Gln Leu Asp Leu Phe Thr Ala Leu Ala Glu Glu Lys Pro Tyr Ala 100 105 110 Ile Phe His Phe Thr Gly Pro Val Ser Tyr Leu Ile Arg Ile Arg Ala 115 120 125 Ala Leu Lys Lys Lys Asn Tyr Lys Leu Asn Gln Tyr Gly Leu Phe Lys 130 135 140 Asn Gln Thr Leu Val Pro Leu Lys Ile Thr Thr Glu Lys Glu Leu Ile 145 150 155 160 Lys Glu Leu Gly Phe Thr Tyr Arg Ile Pro Lys Lys Arg Leu 165 170 <210> 6 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(2) <223> D-nucleotide <220> <221> misc_feature <222> (3)..(17) <223> L-nucleotide <400> 6 gggatcacag tgagtac 17 <210> 7 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(17) <223> L-nucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(1) <223> Phosphate attached <400> 7 gtaaaacgac ggccagt 17 <210> 8 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(33) <223> L-nucleotide <400> 8 actggccgtc gttttacagt actcactgtg atc 33 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(33) <223> L-nucleotide <400> 9 actggccgtc gttttaccgt actcactgtg atc 33 <210> 10 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(33) <223> L-nucleotide <400> 10 actggccgtc gttttacggt actcactgtg atc 33 <210> 11 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(33) <223> L-nucleotide <400> 11 actggccgtc gttttactgt actcactgtg atc 33 <210> 12 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial <220> <223> Synthetic <220> <221> misc_feature <222> (1)..(2) <223> D-nucleotide <220> <221> misc_feature <222> (3)..(17) <223> L-nucleotide <400> 12 gggatcacag tgagtac 17 <210> 13 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<212> PRT <213> Sulfolobus tokodaii <400> 342 Met Ile Ile Leu Phe Val Asp Phe Asp Tyr Phe Phe Ala Gln Val Glu 1 5 10 15 Glu Val Leu Asn Pro Gln Tyr Lys Gly Lys Pro Leu Ile Val Cys Val 20 25 30 Tyr Ser Gly Arg Asn Glu Lys Ser Gly Ala Val Ala Thr Ala Asn Tyr 35 40 45 Glu Ala Arg Lys Leu Gly Val Lys Ala Gly Met Pro Ile Ser Arg Ala 50 55 60 Met Glu Leu Ala Pro Asn Ala Ile Phe Val Pro Met His Lys Glu Val 65 70 75 80 Tyr Thr Glu Val Ser Asn Arg Ile Met Ser Ile Ile Ser Ser Tyr Ser 85 90 95 Asp Lys Ile Glu Ile Ala Ser Ile Asp Glu Ala Tyr Ile Asp Ile Thr 100 105 110 Ser Lys Val Lys Asn Phe Glu Glu Ala Ile Glu Leu Gly Lys Lys Leu 115 120 125 Lys Arg Glu Ile Met Glu Lys Glu Lys Ile Thr Val Thr Val Gly Ile 130 135 140 Ala Pro Asn Lys Val Phe Ala Lys Ile Ile Ala Asp Arg Val Lys Pro 145 150 155 160 Asn Gly Leu Gly Val Val Lys Pro Glu Glu Ile Glu Glu Phe Ile Lys 165 170 175 Ser Ile Asp Ile Asp Glu Val Pro Gly Val Gly Asn Val Ile Ser Glu 180 185 190 Arg Leu His Ser Leu Gly Val Asn Lys Leu Ile Asp Ile Leu Ser Val 195 200 205 Ser Phe Asp Lys Leu Lys Glu Glu Ile Gly Glu Ala Lys Ala Phe Tyr 210 215 220 Leu Tyr Arg Leu Ala Thr Asn Ser Tyr Phe Glu Pro Val Leu Asn Lys 225 230 235 240 Glu Arg Val Pro His Gly Arg Tyr Leu Thr Leu Pro Lys Asn Thr Arg 245 250 255 Asp Ile Lys Val Ile Glu Leu Tyr Leu Lys Lys Ala Ile Asp Glu Ala 260 265 270 Tyr Asn Lys Ile Glu Gly Ile Pro Lys Arg Met Thr Val Val Thr Ile 275 280 285 Met Gln Asp Leu Asp Ile Val Ser Lys Ser Lys Thr Phe Lys Thr Gly 290 295 300 Ile Ser Lys Glu Arg Ala Tyr Thr Glu Ser Ile Glu Leu Leu Lys Gln 305 310 315 320 Ile Leu Gln Lys Asp Ser Arg Leu Val Arg Arg Val Gly Val Arg Phe 325 330 335 Asp Asn Ile Tyr Lys Ser Lys Gly Leu Asp Val Phe Phe Asn Ser 340 345 350 <210> 343 <211> 354 <212> PRT <213> Sulfolobus acidocaldarius <400> 343 Met Ile Val Ile Phe Val Asp Phe Asp Tyr Phe Phe Ala Gln Val Glu 1 5 10 15 Glu Val Leu Asn Pro Gln Tyr Lys Gly Lys Pro Leu Val Val Cys Val 20 25 30 Tyr Ser Gly Arg Thr Lys Thr Ser Gly Ala Val Ala Thr Ala Asn Tyr 35 40 45 Glu Ala Arg Lys Leu Gly Val Lys Ala Gly Met Pro Ile Ile Lys Ala 50 55 60 Met Gln Ile Ala Pro Ser Ala Ile Tyr Val Pro Met Arg Lys Pro Ile 65 70 75 80 Tyr Glu Ala Phe Ser Asn Arg Ile Met Asn Leu Leu Asn Lys His Ala 85 90 95 Asp Lys Ile Glu Val Ala Ser Ile Asp Glu Ala Tyr Leu Asp Val Thr 100 105 110 Asn Lys Val Glu Gly Asn Phe Glu Asn Gly Ile Glu Leu Ala Arg Lys 115 120 125 Ile Lys Gln Glu Ile Leu Glu Lys Glu Lys Ile Thr Val Thr Val Gly 130 135 140 Val Ala Pro Asn Lys Ile Leu Ala Lys Ile Ile Ala Asp Lys Ser Lys 145 150 155 160 Pro Asn Gly Leu Gly Val Ile Arg Pro Thr Glu Val Gln Asp Phe Leu 165 170 175 Asn Glu Leu Asp Ile Asp Glu Ile Pro Gly Ile Gly Ser Val Leu Ala 180 185 190 Arg Arg Leu Asn Glu Leu Gly Ile Gln Lys Leu Arg Asp Ile Leu Ser 195 200 205 Lys Asn Tyr Asn Glu Leu Glu Lys Ile Thr Gly Lys Ala Lys Ala Leu 210 215 220 Tyr Leu Leu Lys Leu Ala Gln Asn Lys Tyr Ser Glu Pro Val Glu Asn 225 230 235 240 Lys Ser Lys Ile Pro His Gly Arg Tyr Leu Thr Leu Pro Tyr Asn Thr 245 250 255 Arg Asp Val Lys Val Ile Leu Pro Tyr Leu Lys Lys Ala Ile Asn Glu 260 265 270 Ala Tyr Asn Lys Val Asn Gly Ile Pro Met Arg Ile Thr Val Ile Ala 275 280 285 Ile Met Glu Asp Leu Asp Ile Leu Ser Lys Gly Lys Lys Phe Lys His 290 295 300 Gly Ile Ser Ile Asp Asn Ala Tyr Lys Val Ala Glu Asp Leu Leu Arg 305 310 315 320 Glu Leu Leu Val Arg Asp Lys Arg Arg Asn Val Arg Arg Ile Gly Val 325 330 335 Lys Leu Asp Asn Ile Ile Ile Asn Lys Thr Asn Leu Ser Asp Phe Phe 340 345 350 Asp Ile

Claims (88)

  1. 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법으로서, 상기 방법은 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(mutant enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 존재하에서 1 개 이상의 L-뉴클레오티드와 제1 L-핵산를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 효소적 활성은 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있는 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열을 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 구성되고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 71, 76, 67 또는 86 중 적어도 하나, 또는
    b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
    c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
    d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
    e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
    f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
    g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
    i) 아미노산 위치 155 및 203 및 71, 또는
    j) 아미노산 위치 155 및 203 및 86, 또는
    k) 아미노산 위치 155 및 203 및 31, 또는
    l) 아미노산 위치 155 및 203 및 76, 또는
    m) 아미노산 위치 155 및 203 및 67, 또는
    n) 아미노산 위치 155 및 203 및 86, 또는
    o) 아미노산 위치 155 및 203 및 96, 또는
    p) 아미노산 위치 155 및 203 및 85,
    바람직하게 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.

  3. 제2항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것으로, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이고, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/도는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85
    바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이고,
    더욱 바람직하게 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것이며, 가장 바람직하게 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 194 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
  8. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노상 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 방법.
  14. 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 방법.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응단계는 제1 L-핵산에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 5 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 10 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 50 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드가 추가되는 조건 하에서 수행되는 것인 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 L-핵산에 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드가 추가되는 것은 제1 L-핵산에 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드의 공유 결합에 의한 것이며, 바람직하게 제1 L-핵산의 3'OH와 적어도 1 개 이상의 L-뉴클레오티드 중 1 개의 5'포스페이트 간의 3'-5' 포스포다이에스테르 결합(phosphodiester linkage)의 형성에 의한 것인 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 DNA, RNA, 변형(modified) DNA, 변형(modified) RNA, 또는 이들의 조합으로 이루어진 프라이머인 것인 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 L-뉴클레오티드 및 선택적으로 변이(modification)로 이루어진 것인 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 L-핵산은 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응은 제2 L-핵산을 추가적으로 포함하며, 상기 제1 L-핵산 중 1 개의 분자는 상기 제2 L-핵산 중 1 개의 분자와 혼성화하고, 바람직하게 왓슨-크릭 염기쌍(Watson-Crick base pairing)을 통하여 혼성화하는 것인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 제2 L-핵산에 상보적인 제3 L-핵산을 합성하며, 상기 제3 L-핵산은 상기 제1 L-핵산 및 상기 제1 L-핵산의 3' 말단에 추가된 L-뉴클레오티드를 포함하는 것인 방법.
  25. L-뉴클레오티드 및 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 존재하에 표적 L-핵산을 증폭하기 위한 방법으로서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 표적 L-핵산을 증폭시킬 수 있는 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열를 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체(variant)이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 것이고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이고, 및/또는
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태인 것이고, 및
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 한 곳, 또는
    b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
    c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
    d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
    e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
    f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
    g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
    i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
    j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
    l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
    m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
    n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
    p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
    바람직하게 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고, 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  27. 제26항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 방법.
  29. 제25항 및 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  30. 제25항 및 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
    더욱 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
  32. 제25항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
  33. 제25항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들), 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 방법:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  35. 제25항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 방법.
  36. 제25항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 방법.
  38. 제36항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 중합효소 활성인 것인 방법.
  40. 제25항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 방법.
  41. 제35항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 방법.
  42. 제25항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 표적 L-핵산이 증폭되는 조건 하에서 수행되는 것인 방법.
  43. 제25항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 1 종 이상의 프라이머, 바람직하게 2 종의 프라이머를 이용하며, 상기 1 종 이상의 프라이머는 L-뉴클레오티드 및 선택적으로 변이로 이루어진 것인 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 프라이머는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
  45. 제25항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
  46. 제25항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 중합효소 연쇄 반응(PCR, polymerase chain reaction)인 것인 방법.
  47. 제25항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 L-DNA로 이루어진 것인 방법.
  48. 제25항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표적 L-핵산은 20 내지 20,000 개의 L-뉴클레오티드, 바람직하게 30 내지 2,000 개의 L-뉴클레오티드, 보다 바람직하게 40 내지 500 개의 L-뉴클레오티드, 가장 바람직하게 50 내지 100 개의 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
  49. 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(mutant enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질으로서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 아미노산 서열을 포함하고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이며, 상기 돌연변이 효소적 활성은 제1 L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가시킬 수 있는 것이고,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소적 활성을 나타내는 부위의 변이체(variant)이고, 상기 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어지고, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
    상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 단백질.
  50. 제49항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:

    a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 하나, 또는
    b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
    c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
    d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
    e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
    f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
    g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
    i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
    j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
    l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
    m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
    n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
    p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  51. 제50항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
  52. 제49항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 단백질.
  53. 제49항 및 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
  54. 제49항 및 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 단백질.
  55. 제54항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
    더욱 바람직하게는 상기 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
  56. 제49항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 단백질.
  57. 제49항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 단백질.
  58. 제57항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 단백질:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  59. 제49항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 중합효소 활성을 나타내는 부위(polymerase activity exhibiting moiety)인 것인 단백질.
  60. 제49항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성은 중합효소 활성인 것인 단백질.
  61. 제60항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 열안정성(thermostable) 중합효소 활성인 것인 단백질.
  62. 제60항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성은 DNA-중합효소 활성인 것인 단백질.
  63. 제62항에 있어서, 상기 DNA-중합효소 활성은 DNA-의존적 중합효소 활성인 것인 단백질.
  64. 제49항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위는 효소인 것인 단백질.
  65. 제59항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 활성을 나타내는 부위는 중합효소인 것인 단백질.
  66. 야생형 중합효소의 중합효소 변이체(variant)로서,
    상기 중합효소 변이체는 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산이고,
    상기 야생형 중합효소는 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어지고, 바람직하게는 서열번호 15의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것이며,
    상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 적어도 하나 이상의 아미노산 위치(position), 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 야생형 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 것이며, 및/또는
    상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 및
    상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15 내지 22 및 51 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인, 중합효소 변이체.
  67. 제66항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 다음의 아미노산 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 15의 아미노산 서열로 이루어진 야생형 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:
    a) 아미노산 위치 71, 76, 67, 또는 86 중 적어도 하나, 또는
    b) 아미노산 위치 155 또는 203 및 71; 또는
    c) 아미노산 위치 155 또는 203 및 31; 또는
    d) 아미노산 위치 155 또는 203 및 76; 또는
    e) 아미노산 위치 155 또는 203 및 67; 또는
    f) 아미노산 위치 155 또는 203 및 86; 또는
    g) 아미노산 위치 155 또는 203 및 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 또는 203 및 85, 또는
    i) 아미노산 위치 155, 203 및 71, 또는
    j) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    k) 아미노산 위치 155, 203 및 31, 또는
    l) 아미노산 위치 155, 203 및 76, 또는
    m) 아미노산 위치 155, 203 및 67, 또는
    n) 아미노산 위치 155, 203 및 86, 또는
    o) 아미노산 위치 155, 203 및 96, 또는
    p) 아미노산 위치 155, 203 및 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 p) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  68. 제67항에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 89 내지 120 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하고, 바람직하게는 서열번호 89의 아미노산 서열, 서열번호 90의 아미노산 서열, 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 더욱 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열 또는 서열번호 97의 아미노산 서열을 포함하고, 가장 바람직하게는 서열번호 94의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
  69. 제66항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태이고, 상기 절단된 형태는 서열번호 15의 아미노산 서열의 n C-말단 아미노산이 결실된 것이며, 상기 n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15를 포함하는 군으로부터 선택되는 임의의 정수인 것인 중합효소 변이체.
  70. 제66항 및 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
  71. 제66항 및 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하는 것이며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 절단된 형태는 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 중합효소 변이체.
  72. 제71항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 121, 161, 201, 241 및 281 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고, 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것이며,
    더욱 바람직하게는 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 122 내지 160, 162 내지 200, 202 내지 240, 242 내지 280, 및 282 내지 338 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하며, 가장 바람직하게는 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 135, 174, 214, 254, 294 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것임.
  73. 제66항에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열을 포함하는 것인 중합효소 변이체.
  74. 제66항에 있어서, 상기 중합효소 변이체는 적어도 하나의 아미노산 위치, 바람직하게는 3개의 아미노산 위치에서 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태와 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 서열번호 15의 아미노산 서열의 돌연변이 형태는 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열인 것인 중합효소 변이체.
  75. 제74항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열은 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열의 다음의 위치(들) 또는 그것에 상응하는 아미노산 위치(들)에서 서열번호 339 내지 343 중 어느 하나의 아미노산 서열과 상이한 것인 중합효소 변이체:

    a) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 71, 또는
    b) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    c) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 31, 또는
    d) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 76, 또는
    e) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 67, 또는
    f) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 86, 또는
    g) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 96, 또는
    h) 아미노산 위치 155 및/또는 203 및/또는 85,
    바람직하게는 상기 a) 내지 h) 중 위치 155, 203, 71, 67, 85 및 96 중 어느 하나의 아미노산은 시스테인으로 치환되고, 위치 31의 아미노산은 세린으로 치환되고 위치 76의 아미노산은 글리신 또는 알라닌으로 치환되고 위치 86의 아미노산은 글리신 또는 시스테인으로 치환된 것임.
  76. 제66항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것인 중합효소 변이체.
  77. 제66항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합효소 변이체의 아미노산 서열의 아미노산은 L-아미노산인 것인 중합효소 변이체.
  78. L-핵산의 3' 말단에 1 개 이상의 L-뉴클레오티드를 추가하는 방법에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위를 포함하는 단백질의 용도로서, 상기 단백질은 제49항 내지 제65항 중 어느 한 항에 따른 단백질인 것인 용도.
  79. L-뉴클레오티드의 존재 하에 표적 L-핵산을 증폭하기 위한 방법에서 돌연변이 효소적 활성을 나타내는 부위(enzymatic activity exhibiting moiety)를 포함하는 단백질의 용도로서, 상기 단백질은 제49항 내지 제65항 중 어느 한 항에 따른 단백질인 것인 용도.
  80. 제79항에 있어서, 상기 표적 L-핵산을 증폭하는 방법은 중합효소 연쇄 반응(PCR, polymerase chain reaction)인 것인 용도.
  81. 다음 단계를 포함하는 L-핵산 분자에 결합하는 표적 분자를 동정(identification)하는 방법으로서,
    (a) L-핵산 분자의 불균일 집단(heterogeneous population)을 형성하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 L-핵산 분자의 불균일 집단에 표적 분자를 접촉시키는 단계;
    (c) 상기 표적 분자에 결합되지 않은 L-핵산 분자를 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 표적 분자에 결합된 L-핵산 분자를 증폭시키는 단계를 포함하며, 상기 증폭 단계는 단백질을 이용하고, 상기 단백질은 제49항 내지 제65항 중 어느 한 항에 따른 단백질인 것인 방법.
  82. 제81항에 있어서, 상기 방법은
    (e) 상기 표적 분자에 결합된 L-핵산 분자를 시퀀싱하는 단계; 및
    (f) 상기 (e) 단계의 시퀀싱된 L-핵산 분자의 뉴클레오티드 서열과 동일한 뉴클레오티드 서열의 핵산 분자를 합성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것인 방법.
  83. 제81항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계의 L-핵산 분자의 불균일 집단의 핵산 분자는 그의 5' 말단 및 3' 말단 각각에 프라이머 결합 부위(primer binding site), 및 상기 (d) 단계에서 수득된 L-핵산 분자가 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction)에 의하여 증폭되도록하는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하고, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 중합효소는 제49항 내지 제65항 중 어느 한 항의 단백질이며, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 프라이머는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것이며, 상기 중합효소 연쇄 반응에 이용되는 뉴클레오티드는 L-뉴클레오티드인 것인 방법.
  84. 제81항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (d) 단계 이후
    (da) 상기 증폭된 핵산 분자를 표적 분자에 접촉시키는 단계가 도입되며,
    상기 (b) 단계와 선택적으로 (c) 단계 및/또는 (d) 단계가 (e) 단계 이전에 수행되고, 상기 (da) 단계, (b) 단계, (c) 단계 및 선택적으로 (d) 단계는 순서대로 한번 또는 여러번 수행되는 것인 방법.
  85. 제81항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 L-핵산에 결합하는 표적 분자는 DNA인 것인 방법.
  86. 제81항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 L-핵산 분자에 결합하는 표적 분자는 L-뉴클레오티드로 이루어진 것인 방법.
  87. 다음 단계를 포함하는 단백질을 생산하는 방법으로서, 상기 단백질은 아미노산 서열로 이루어지고, 상기 아미노산 서열의 아미노산은 D-아미노산인 것으로,
    a) 단백질의 2 개 이상의 단편(fragment)은 화학적으로 합성되어, 그 전체 단편은 상기 단백질의 아미노산 서열을 형성하며, 바람직하게 상기 단편은 고상 펩티드 합성(solid phase peptide synthesis)에 의하여 합성되는 단계, 및
    b) 상기 a) 단계의 상기 단편은 부분 축합(segment condensation), 자연적 화학적 결합(native chemical ligation), 효소적 결합(enzymatic ligation) 또는 이들의 조합에 의하여 서로 결합되는 단계를 포함하고,
    상기 단백질은 제49항 내지 제65항 중 어느 한 항에 따른 단백질인 것인 방법.
  88. 제87항에 있어서, 상기 효소적 결합(enzymatic ligation)에 사용되는 효소는 클로스트리파인(clostripain)인 것인 방법.
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