KR20210154873A - 올리고뉴클레오타이드 매개 유전자 보수를 사용한 표적화된 유전자 변형의 효율을 증가시키기 위한 방법 및 조성물 - Google Patents

올리고뉴클레오타이드 매개 유전자 보수를 사용한 표적화된 유전자 변형의 효율을 증가시키기 위한 방법 및 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 세포에서의 유전자의 변형을 위한 개선된 방법, 및 이로부터 유래한 식물 및 종자를 제공한다. 더 구체적으로, 본 발명은 유전자 보수 올리고뉴클레오타이드를 표적 세포 유전자 보수 기전의 성분의 이용가능성을 증대시키는 접근법과 조합함으로써 표적화된 유전자 돌연변이의 증가된 효율에 관한 것이다.

Description

올리고뉴클레오타이드 매개 유전자 보수를 사용한 표적화된 유전자 변형의 효율을 증가시키기 위한 방법 및 조성물{METHODS AND COMPOSITIONS FOR INCREASING EFFICIENCY OF TARGETED GENE MODIFICATION USING OLIGONUCLEOTIDE-MEDIATED GENE REPAIR}
본원은 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/801,333호(본 명세서에 참고로 포함됨)에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 게놈 또는 다른 뉴클레오타이드 서열에서 특이적 위치에 대한 변형의 표적화의 효율을 개선하는 신규한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 본 명세서에 개시된 접근법에 의해 변형되거나, 돌연변이되거나, 마킹된 표적 DNA에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 변형된 세포, 조직 및 유기체에 관한 것이다.
본 발명의 배경의 하기 설명은 단지 독자가 본 발명의 이해를 돕도록 제공되고, 본 발명에 대한 선행 기술을 기술하거나 구성하도록 인정되지 않는다.
게놈 DNA의 변형은 일반적으로 바이오기술의 진전, 및 특히 생물공학에 기초한 의학 진전에 중요하다. 부위 지시된 게놈 변형에 대한 효과적인 방법은 조사 및 가능하게는 유전자 치료 분야에 바람직하다. 일 접근법은 지시된 돌연변이유발을 매개하기 위해, 서열 특이적 방식으로 제3 가닥으로서 듀플렉스 DNA에 결합하는 트리플렉스 형성 올리고뉴클레오타이드(triplex-forming oligonucleotide: TFO)를 이용한다. 이러한 TFO는 테더링된 뮤타젠, 예컨대 소랄렌 또는 클로르암부실(Havre et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 90:7879-7883, 1993; Havre et al., J Virol 67:7323-7331, 1993; Wang et al., Mol Cell Biol 15:1759-1768, 1995; Takasugi et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 88:5602-5606, 1991; Belousov et al., Nucleic Acids Res 25:3440-3444, 1997)을 전달함으로써, 또는 오차 유발 보수를 촉발하기 위해 충분한 친화도의 결합에 의해(Wang et al., Science 271:802-805, 1996) 작용할 수 있다.
게놈 변형에 대한 또 다른 전략은 외인성 DNA 단편과 표적화된 유전자 사이의 상동성 재조합의 유도를 포함한다. 이 접근법은 포유동물 세포에서 선택된 유전자를 표적화하고 파괴하도록 성공적으로 이용되고, 특이적 유전자 넉아웃을 보유하는 형질전환 마우스의 생성이 가능하게 한다(Capeechi et al., Science 244:1288-1292, 1989; 미국 특허 제4,873,191호(Wagner)). 그러나, 이 접근법은 원하는 재조합의 단리를 허용하도록 선택 가능한 마커의 전달에 의존한다. 선택 없이는, 통상적인 유전자 전달 실험에서의 형질감염된 DNA의 상동성 통합 대 비상동성 통합의 비율은 낮고, 보통 1:1000 이하의 범위이다(Sedivy et al., Gene Targeting, W. H. Freeman and Co., New York, 1992). 상동성 통합의 이 낮은 효율은 실험 사용 또는 유전자 치료를 위한 유전자 전달의 이용성을 제한한다. 상동성 재조합의 빈도는 선택된 발암물질 및 UV 조사로부터의 표적 부위에 대한 손상에 의해(Wang et al., Mol Cell Biol 8:196-202, 1988), 그리고 부위 특이적 엔도뉴클레아제에 의해(Sedivy et al, Gene Targeting, W. H. Freeman and Co., New York, 1992; Rouet et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 91:6064-6068, 1994; Segal et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 92:806-810, 1995) 증대될 수 있다. 또한, 트리플렉스 지시된 소랄렌 광부가물에 의해 유도된 DNA 손상은 염색체외 벡터 내의 그리고 이들 사이의 재조합을 자극할 수 있다(Segal et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 92:806-810, 1995; Faruqi et al., Mol Cell Biol 16:6820-6828, 1996; 미국 특허 제5,962,426호(Glazer)).
다른 작업은 포유동물 세포에서 재조합에 영향을 미치는 매개변수를 규정하는 것을 돕는다. 일반적으로, 선형 도너 단편은 이의 원형 대응물보다 더 레콤비노겐생성(recombinogenic)이다(Folger et al., Mol Cell Biol 2:1372-1387, 1982). 재조합은 또한 도너 및 표적 부위 둘 다 사이의 중단되지 않은 상동성의 길이에 의해 영향을 받고, 짧은 단편은 재조합에 대한 비효과적인 기질인 것으로 보인다(Rubnitz et al., Mol Cell Biol 4:2253-2258, 1984). 그럼에도 불구하고, 몇몇 최근의 노력은 유전자 보정을 위해 DNA 또는 DNA/RNA 하이브리드의 짧은 단편의 사용에 집중한다.(Kunzelmann et al., Gene Ther 3:859-867, 1996).
TFO의 서열 특이적 결합 특성은 DNA에서 표적 부위에 일련의 상이한 분자를 전달하도록 이용되어 왔다. 예를 들어, 트리플렉스 상호작용을 검사하기 위한 진단학적 방법은 DNA 개열제인 Fe-EDTA에 접합된 TFO를 이용한다(Moser et al., Science 238:645-650, 1987). 다른 사람들이 마이크로코커스 뉴클레아제(micrococcal nuclease) 및 스트렙토코커스 뉴클레아제(streptococcal nuclease)와 같은 생물학적 활성 효소를 TFO에 연결하고, DNA의 부위 특이적 개열을 입증하였다(Pei et al., Proc Nat'l Acad Sci U.S.A. 87:9858-9862, 1990; Landgraf et al., Biochemistry 33:10607-10615, 1994). 더욱이, 부위 지시된 DNA 손상 및 돌연변이유발은 소랄렌(Havre et al., Proc Nat'l Acad Sci U.S.A. 90:7879-7883, 1993; Takasurgi et al., Proc Nat'l Acad Sci U.S.A. 88:5602-5606, 1991) 또는 알킬화제(Belousov et al., Nucleic Acids Res 25:3440-3444, 1997; Posvic et al., J Am Chem Soc 112:9428-9430, 1990)에 접합된 TFO를 사용하여 성취될 수 있다.
WIPO 특허 출원 WO/2001/025460은 (1) DNA 서열의 제1 단편의 적어도 6개의 염기 쌍의 서열과 동일한 서열을 갖는 제1 상동성 구역 및 표적 DNA 서열의 제2 단편의 적어도 6개의 염기 쌍의 서열과 동일한 서열을 갖는 제2 상동성 구역, 및 표적 DNA 서열에 이종성인 적어도 1개의 핵염기를 함유하는 개재 구역(여기서, 개재 구역은 제1 상동성 구역 및 제2 상동성 구역을 연결함)을 함유하는 레콤비노겐생성 올리고핵염기를 식물의 마이크로구(microspore)로 전기천공하는 단계; (2) 배아를 생성하도록 마이크로구를 배양하는 단계; 및 (3) 예를 들어, 체세포 배아를 생성하도록 마이크로구를 배양하고 배아로부터 식물을 재생함으로써, 표적 DNA 서열의 제1 단편과 제2 단편 사이에 위치한 돌연변이를 갖는 식물을 배아로부터 생성하는 단계를 포함하는, 식물의 표적 DNA 서열을 돌연변이시키는 방법을 기술한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 레콤비노겐생성 올리고핵염기는 MDON이고, 각각의 상동성 구역은 적어도 6개의 RNA형 뉴클레오타이드의 RNA 분절을 함유하고; 개재 구역은 적어도 3개의 길이의 뉴클레오타이드이고; 제1 및/또는 제2 RNA 분절은 적어도 8개의 인접 2'-치환 리보뉴클레오타이드를 함유한다.
생물학적 조사의 하나의 주요 목적은 게놈의 표적화된 변형이다. 상기 기재된 바대로, 포유동물 세포로 유전자를 전달하는 방법이 잘 개발되었지만, 변형 및/또는 상동성 재조합의 빈도는 제한된다(Hanson et al., Mol Cell Biol 15:45-51 1995). 그 결과, 유전자의 변형은 시간 소모적 과정이다. 도너와 게놈 DNA 사이의 변형 및/또는 재조합을 증대시키기 위한 수많은 방법이 고려되거나 시도되었다. 그러나, 본 기법은 대개 낮은 변형 및/또는 재조합 속도, 또는 변형 및/또는 재조합 속도의 불일치를 나타내어, 조사 및 유전자 치료 기술을 방해한다.
본 발명은 게놈 또는 다른 뉴클레오타이드 서열에서 특이적 위치에 대한 변형의 표적화의 효율을 개선하는 신규한 방법 및 조성물을 제공한다. 하기 본 명세서에 기재된 바대로, 게놈에 대한 특이적 변화를 지시하는 핵산은 다양한 접근법과 조합되어 변형에 표적화되는 세포에 존재하는 천연 보수 시스템의 성분의 이용가능성을 증대시킬 수 있다.
제1 양상에서, 본 발명은 식물 세포에서 표적 데옥시리보핵산(DNA) 서열로 유전자 보수 올리고핵염기(gene repair oligonucleobase: GRON) 매개 돌연변이를 도입하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 특히 식물 세포로의 GRON의 전달 전에 및/또는 이와 동시에 하나 이상의 세포 DNA 보수 과정을 증가시키는 조건 하에 식물 세포를 배양하는 단계; 및/또는 55개 초과의 길이의 염기의 식물 세포로의 GRON의 전달(GRON은 표적 DNA로의 도입을 위해 2개 이상의 돌연변이 부위를 임의로 포함함)을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 하나 이상의 세포 DNA 보수 과정을 증가시키는 조건은 GRON으로의 또는 염기 삭제 보수를 표적화하는 식물 세포 DNA로의 하나 이상의 부위의 도입, GRON으로의 또는 비상동성 말단 결합을 표적화하는 식물 세포 DNA로의 하나 이상의 부위의 도입, GRON으로의 또는 마이크로상동성 매개 말단 결합을 표적화하는 식물 세포 DNA로의 하나 이상의 부위의 도입, GRON으로의 또는 상동성 재조합을 표적화하는 식물 세포 DNA로의 하나 이상의 부위의 도입, 및 GRON으로의 또는 푸싱 보수(pushing repair)를 표적화하는 식물 세포 DNA로의 하나 이상의 부위의 도입 중 하나 이상을 포함한다.
하기 본 명세서에 기재된 바대로, 본 발명에서 사용하기 위한 GRON은 종래의 RNA 및 DNA 뉴클레오타이드로부터의 하기 변형 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
하나 이상의 무염기 뉴클레오타이드;
하나 이상의 8'옥소 dA 및/또는 8'옥소 dG 뉴클레오타이드;
3' 말단에서의 리버스 염기(reverse base);
하나 이상의 2'O-메틸 뉴클레오타이드;
5' 말단에서의 1개 이상, 및 바람직하게는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 이상의 2'O-메틸 RNA 뉴클레오타이드;
삽입성 염료(intercalating dye);
5' 말단 캡;
포스포티오에이트 변형, 메틸 포스포네이트 변형, 잠긴 핵산(locked nucleic acid: LNA) 변형, O-(2-메톡시에틸)(MOE) 변형, 다이 PS 변형 및 펩타이드 핵산(PNA) 변형으로 이루어진 군으로부터 선택된 골격 변형;
하나 이상의 가닥내 가교결합;
바람직하게는 GRON의 5' 또는 3' 말단에서 이것에 접합된 하나 이상의 형광성 염료; 및
하이브리드화 에너지를 증가시키는 하나 이상의 염기. 이 목록은 제한인 것으로 의도되지 않는다.
하기 본 명세서에 기재된 바대로, 소정의 실시형태에서 GRON 품질 및 전환 효율은 이의 순도를 개선하기 위해 뉴클레오타이드 다합체, 예컨대 이합체, 삼합체, 사합체 등을 이용하여 GRON의 전부 또는 일부를 합성함으로써 개선될 수 있다.
소정의 실시형태에서, 표적 데옥시리보핵산(DNA) 서열은 식물 세포 게놈 내에 있다. 식물 세포는 비형질전환 또는 형질전환일 수 있고, 표적 DNA 서열은 식물 세포의 전이유전자 또는 내인성 유전자일 수 있다.
소정의 실시형태에서, 하나 이상의 세포 DNA 보수 과정을 증가시키는 조건은 식물 세포로의 GRON의 전달 전에 또는 이와 동시에 식물 세포로 단일 또는 이중 DNA 가닥 파괴를 유도하는 하나 이상의 화합물을 도입하는 것을 포함한다. 예시적인 화합물은 하기 본 명세서에 기재되어 있다.
본 명세서에 기재된 방법 및 조성물은 일반적으로 식물에 적용 가능하다. 오직 예의 방식으로, 식물 종은 카눌라, 해바라기, 옥수수(corn), 담배, 사탕무, 면, 메이즈(maize), 밀, 보리, 쌀, 알팔파, 보리, 수수, 토마토, 망고, 복숭아, 사과, 배, 딸기, 바나나, 멜론, 감자, 당근, 상추, 양파, 대두, 콩 종(soya spp), 사탕수수, 완두콩, 병아리콩, 경협종완두(field pea), 잠두(faba bean), 렌틸콩(lentils), 순무, 루타바가(rutabaga), 싹양배추, 루핀, 꽃양배추, 케일, 강남콩, 포플러, 소나무, 유칼립투스, 포도, 감귤류, 라이밀, 알팔파, 호밀, 귀리, 잔디(turf) 및 벼과 작물(forage grass), 아마, 유채, 겨자, 오이, 나팔꽃, 발삼, 후추, 가지, 메리골드, 연꽃(lotus), 양배추, 데이지, 카네이션, 튤립, 아이리스 및 백합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들은 또한 박테리아, 진균 및 포유동물 세포 및 심지어 이들의 세포소기관(예를 들어, 미토콘드리아 및 엽록체)을 포함하는 모든 다른 생물학적 시스템에 전적으로 또는 부분적으로 적용될 수 있다.
소정의 실시형태에서, 상기 방법은 식물 세포로부터 GRON에 의해 도입된 돌연변이를 갖는 식물을 재생하는 단계를 추가로 포함하고, 식물로부터의 종자를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
관련 양상에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 GRON에 의해 도입된 게놈 변형을 포함하는 식물 세포, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 GRON에 의해 도입된 게놈 변형을 포함하는 식물, 또는 본 명세서에 기재된 방법에 따라 GRON에 의해 도입된 게놈 변형을 포함하는 종자에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시형태는 하기 상세한 설명, 예시적인 실시형태 및 청구범위로부터 명확할 것이다.
도 1은 (GRON의 각각의 말단에서 3개의 PS 모이어티를 갖는) 포스포티오에이트(PS) 표지된 GRON 및 5'Cy3/ 3'idC 표지된 GRON에 의해 매개된 GFP로의 BFP의 전환을 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서에서 "오카자키(Okazaki) 단편 GRON"이라 칭하는, RNA/DNA를 포함하는 GRON을 도시한 것이다.
과거 수년에 걸쳐 개발되었던, 올리고뉴클레오타이드에 의해 매개된 표적화된 유전자 변형은 결실, 짧은 삽입 및 점 돌연변이를 생성하기 위해 DNA의 짧은 스트레치의 특이적 변형에서 사용하기 위한 귀중한 기법인 것으로 나타났다. 이들 방법은 DNA 짝짖기/어닐링, 이후의 DNA 보수/재조합 사건을 포함한다. 우선, 핵산은 세포 단백질 인자에 의해 매개되는 과정에서 이중 가닥 DNA에서 이의 상보성 가닥과 어닐링한다. 이 어닐링은 중앙에 위치한 불일치 염기 쌍(점 돌연변이의 경우)을 생성시켜, 구조 혼란을 발생시키고, 이 혼란은 보수 과정(염색체 서열 및 심지어 이의 세포소기관(예를 들어, 미토콘드리아 및 엽록체)의 부위 특이적 변형)에서 제2 단계를 개시시키는 내인성 단백질 기계를 아마도 자극할 것이다. 이렇게 새로 도입된 불일치는 DNA 보수 기계를 유도하여 제2 보수 사건을 수행하여, 표적 부위를 최종 수정한다. 본 방법은 DNA 보수 성분의 이용가능성을 증가시켜, 표적화된 핵산에 대한 유전자 보수 매개 변형의 효율 및 재현성을 증가시키는 신규한 접근법을 제공함으로써 이 방법을 개선한다.
정의
본 발명의 이해를 돕기 위해, 다수의 용어가 하기 정의되어 있다.
"핵산 서열", "뉴클레오타이드 서열" 및 "폴리뉴클레오타이드 서열"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 올리고뉴클레오타이드 또는 폴리뉴클레오타이드, 및 이의 단편 또는 일부, 및 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있는 게놈 또는 합성 기원의 DNA 또는 RNA를 의미하고, 센스 또는 안티센스 가닥을 나타낸다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "올리고뉴클레오타이드" 및 "올리고머"는 적어도 약 10개의 뉴클레오타이드 및 많게는 약 201개의 뉴클레오타이드, 바람직하게는 약 15개 내지 30개의 뉴클레오타이드 및 더 바람직하게는 약 20개 내지 25개의 뉴클레오타이드(프로브 또는 암플리머(amplimer)로서 사용될 수 있음)의 핵산 서열을 의미한다.
용어 "DNA 변형 분자" 및 "DNA 변형 시약"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 세포의 게놈에서 핵산 서열을 인식하고 이에 특이적으로 결합할 수 있고, 게놈 내의 표적 뉴클레오타이드 서열을 변형할 수 있는 분자를 의미하고, 핵산 서열에 대한 DNA 변형 분자의 인식 및 특이적 결합은 단백질 독립적이다. 용어 "단백질 독립적"은, DNA 변형 분자와 연결되어 본 명세서에 사용되는 바대로, DNA 변형 분자가 핵산 서열의 인식 및/또는 이에 대한 특이적 결합을 위해 단백질 및/또는 효소의 존재 및/또는 활성을 요하지 않는다는 것을 의미한다. DNA 변형 분자는 트리플렉스 형성 올리고뉴클레오타이드, 펩타이드 핵산, 폴리아마이드, 및 유전자 전환을 촉진하도록 의도하는 올리고뉴클레오타이드가 예시되지만, 이들로 제한되지는 않는다. 본 발명의 DNA 변형 분자는 상동성 재조합에 사용되는 선행 기술의 핵산 서열이 단백질 의존적이라는 점에서 상동성 재조합에 사용되는 선행 기술의 핵산 서열[Wong & Capecchi, Molec. Cell. Biol. 7:2294-2295, 1987]과 구별된다. 용어 "단백질 의존적"은, 분자와 연결되어 본 명세서에 사용되는 바대로, 분자가 핵산 서열의 분자의 인식 및/또는 핵산 서열에 대한 분자의 특이적 결합을 위해 단백질 및/또는 효소의 존재 및/또는 활성을 요한다는 것을 의미한다. DNA 변형 분자가 핵산 서열의 인식 및/또는 핵산 서열에 대한 특이적 결합을 위해 단백질 및/또는 효소의 존재 및/또는 활성을 요하는지를 결정하는 방법은 당해 분야의 기술 내에 있다[예를 들어 문헌[Dennis et al. Nucl. Acids Res. 27:4734-4742, 1999] 참조]. 예를 들어, DNA 변형 분자를 임의의 단백질 및/또는 효소의 부재 하에 실험실내 핵산 서열과 항온처리할 수 있다. DNA 변형 분자와 핵산 서열 사이의 특이적 결합의 검출은 DNA 변형 분자가 단백질 독립적이라는 것을 입증한다. 한편, DNA 변형 분자와 핵산 서열 사이의 특이적 결합의 부재는 DNA 변형 분자가 단백질 의존적이고/이거나, 추가의 인자를 요한다는 것을 입증한다.
"트리플렉스 형성 올리고뉴클레오타이드"(TFO)는 삼중 나선을 형성하기 위해 듀플렉스 DNA 또는 RNA 나선의 주홈에서 결합할 수 있는 DNA 또는 RNA의 서열로 정의된다. TFO가 임의의 특정한 길이로 제한되지 않지만, TFO의 바람직한 길이는 200개 이하의 뉴클레오타이드, 더 바람직하게는 100개 이하의 뉴클레오타이드, 훨씬 더 바람직하게는 5개 내지 50개의 뉴클레오타이드, 심지어 더 바람직하게는 10개 내지 25개의 뉴클레오타이드 및 가장 바람직하게는 15개 내지 25개의 뉴클레오타이드이다. TFO와 듀플렉스 DNA 사이의 서열 특이성의 정도가 삼중 나선의 형성에 필요하지만, 삼중 나선이 형성될 수 있는 한, 특정한 정도의 특이성이 필요하지 않다. 마찬가지로, 삼중 나선이 형성될 수 있는 한, TFO와 듀플렉스 나선 사이의 특정한 정도의 결합도 또는 친화도가 필요하지 않다. TFO가 특이적으로 결합하는 뉴클레오타이드 서열의 길이를 제한하도록 의도되지 않지만, 일 실시형태에서, TFO가 특이적으로 결합하는 뉴클레오타이드 서열은 1개 내지 100개, 더 바람직하게는 5개 내지 50개, 훨씬 더 바람직하게는 10개 내지 25개 및 가장 바람직하게는 15개 내지 25개의 뉴클레오타이드이다. 추가로, "삼중 나선"은 이중 나선 핵산 내의 표적 서열에 결합한 올리고뉴클레오타이드를 갖는 이중 나선 핵산으로 정의된다. "이중 나선" 핵산은 이중 가닥 DNA, 이중 가닥 RNA, 및 DNA 및 RNA의 혼합 듀플렉스를 포함하는 임의의 이중 가닥 핵산일 수 있다. 이중 가닥 핵산은 임의의 특정한 길이로 제한되지 않는다. 그러나, 바람직한 실시형태에서, 이것은 500bp 초과, 더 바람직하게는 1kb 초과 및 가장 바람직하게는 약 5kb 초과의 길이를 갖는다. 많은 적용분야에서, 이중 나선 핵산은 세포 게놈 핵산이다. 트리플렉스 형성 올리고뉴클레오타이드는 평행 또는 역평행 방식으로 표적 서열에 결합할 수 있다.
"펩타이드 핵산", "폴리아마이드" 또는 "PNA"는 포스페이트 골격이 N-아미노에틸글라이신 기반 폴리아마이드 구조로 대체된 핵산이다. PNA는 왓슨-클릭(Watson-Crick) 염기 쌍 짓기 규칙에 따라 이의 천연 대응물보다 상보성 핵산에 대해 더 높은 친화도를 갖는다. PNA는 하기 화학양론: (PNA)2.DNA의 DNA를 갖는 매우 안정한 삼중 나선 구조를 형성할 수 있다. 펩타이드 핵산 및 폴리아마이드가 임의의 특정한 길이로 제한되지 않지만, 펩타이드 핵산 및 폴리아마이드의 바람직한 길이는 200개 이하의 뉴클레오타이드, 더 바람직하게는 100개 이하의 뉴클레오타이드 및 가장 바람직하게는 5개 내지 50개의 뉴클레오타이드 길이이다. 펩타이드 핵산 및 폴리아마이드가 특이적으로 결합하는 뉴클레오타이드 서열의 길이를 제한하고자 의도하지 않지만, 일 실시형태에서, 펩타이드 핵산 및 폴리아마이드가 특이적으로 결합하는 뉴클레오타이드 서열은 1개 내지 100개, 더 바람직하게는 5개 내지 50개, 훨씬 더 바람직하게는 5개 내지 25개 및 가장 바람직하게는 5개 내지 20개의 뉴클레오타이드이다.
용어 "세포"는 단일 세포를 의미한다. 용어 "세포"는 세포의 집단을 의미한다. 집단은 하나의 세포 유형을 함유하는 순수한 집단일 수 있다. 마찬가지로, 집단은 하나 초과의 세포 유형을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 세포 집단을 포함할 수 있는 세포 유형의 수에 제한이 없다.
용어 "동기화한다" 또는 "동기화된"은, 세포의 샘플, 또는 "동기화된 세포" 또는 "동기화된 세포 집단"을 언급할 때, 세포의 집단이 동일한 세포 주기 단계에 있도록 처리되는 복수의 세포를 의미한다. 샘플 내의 모든 세포가 동기화될 필요는 없다. 적은 백분율의 세포는 샘플 내의 대부분의 세포와 동기화되지 않을 수 있다. 동기화되는 세포의 바람직한 범위는 10% 내지 100%이다. 더 바람직한 범위는 30% 내지 100%이다. 또한, 세포가 단일 세포 유형의 순수한 집단일 필요는 없다. 하나 초과의 세포 유형이 샘플 내에 함유될 수 있다. 이와 관련하여, 세포 유형 중 오직 하나가 동기화될 수 있거나, 샘플 내의 또 다른 세포 유형과 비교하여 다른 세포 주기 단계에 있을 수 있다.
용어 "동기화된 세포"는, 단일 세포를 언급할 때, 세포가 이것이 조작 전의 세포의 세포 주기 단계와 다른 세포 주기 단계에 있도록 조작된다는 것을 의미한다. 대안적으로, "동기화된 세포"는 대조군 세포(예를 들어, 조작의 부재 하의 세포)와 비교하여 조작 전에 세포가 있는 세포 주기 단계 동안 변경(즉, 증가 또는 감소)하도록 조작된 세포를 의미한다.
용어 "세포 주기"는 세포가 분열(즉, 증식)할 때 겪는 생리학적 및 형태학적 진행을 의미한다. 세포 주기는 일반적으로 "간기", "전기", "중기", "후기" 및 "말기"라 칭하는 단계로 이루어지는 것으로 인식된다. 추가로, 세포 주기의 일부는 "M(유사분열)," "S(합성)," "G0," "G1(1기)" 및 "G2(2기)"라 칭해질 수 있다. 더욱이, 세포 주기는 상기 언급된 단계에 중간인 진행 기간을 포함한다.
용어 "세포 주기 저해"는 세포 또는 세포의 집단에서의 세포 주기 진행의 중단을 의미한다. 세포 주기 저해는 보통 세포 주기의 연속을 막는 세포 생리학의 양상을 방해하는 물질(화학물질, 단백질성 물질 또는 그 외 물질)에 대한 세포의 노출에 의해 유도된다.
"증식" 또는 "세포 성장"은 2개의 딸세포로 반복적으로 분열하여 집단 내에 전체 세포를 증가시키는 모 세포의 능력을 의미한다. 세포 집단은 유기체 내에 또는 배양 기기 내에 있을 수 있다.
용어 "DNA를 변형할 수 있는" 또는 "DNA 변형 수단"은 DNA의 표적화된 분절의 뉴클레오타이드 서열에 대한 변화를 유도하는 능력을 갖거나, 이의 유도를 도울 수 있는 절차, 및 내인성 또는 외인성 물질 또는 시약을 의미한다. 표적화된 DNA 분절에 대한 하나 이상의 염기의 결실, 부가 또는 치환에 의해 이러한 변화가 이루어질 수 있다. DNA 서열 변화가 표적화된 서열이 코딩하는 임의의 유전자에 기능적 변화를 부여하는 것이 필요하지 않다. 더욱이, 세포의 임의의 특정한 부분 또는 백분율에 DNA에 대한 변화가 이루어지는 것이 필요하지 않다.
용어 "관심 있는 뉴클레오타이드 서열"은 당해 분야의 당업자가 임의의 이유로 조작이 바람직하다고 간주하는 임의의 뉴클레오타이드 서열을 의미한다. 이러한 뉴클레오타이드 서열은 구조적 유전자의 코딩 서열(예를 들어, 리포터 유전자, 선택 마커 유전자, 암유전자, 약물 내성 유전자, 성장 인자 등), 및 mRNA 또는 단백질 생성물을 코딩하지 않는 비코딩 조절 서열(예를 들어, 프로모터 서열, 인핸서 서열, 폴리아데닐화 서열, 종결 서열, 조절 RNA, 예컨대 miRNA 등)을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
"아미노산 서열", "폴리펩타이드 서열", "펩타이드 서열" 및 "펩타이드"는 아미노산의 서열을 의미하도록 본 명세서에 상호 교환되어 사용된다.
"표적 서열"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 바람직하게는 8개 초과의 뉴클레오타이드 길이, 그러나 201개 미만의 뉴클레오타이드 길이의 서열을 포함하는 이중 나선 핵산을 의미한다. 몇몇 실시형태에서, 표적 서열은 바람직하게는 8개 내지 30개의 염기이다. 표적 서열은 일반적으로 이중 나선 핵산 상의 가닥 중 하나에서의 뉴클레오타이드 서열에 의해 한정된다.
본 명세서에 사용되는 바대로, "퓨린 농후 서열" 또는 "폴리퓨린 서열"은, 이중 나선 핵산 서열의 가닥 중 하나에서의 뉴클레오타이드 서열을 언급할 때, 뉴클레오타이드의 인접 서열로서 정의되고, 여기서 표적 서열의 50% 초과의 뉴클레오타이드가 퓨린 염기를 함유한다. 그러나, 퓨린 농후 표적 서열이 60% 초과의 퓨린 뉴클레오타이드, 더 바람직하게는 75% 초과의 퓨린 뉴클레오타이드, 다음에 가장 바람직하게는 90% 초과의 퓨린 뉴클레오타이드 및 가장 바람직하게는 100%의 퓨린 뉴클레오타이드를 함유하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 사용되는 바대로, "피리미딘 농후 서열" 또는 "폴리피리미딘 서열"은, 이중 나선 핵산 서열의 가닥 중 하나에서의 뉴클레오타이드 서열을 언급할 때, 뉴클레오타이드의 인접 서열로서 정의되고, 여기서 표적 서열의 50% 초과의 뉴클레오타이드는 피리미딘 염기를 함유한다. 그러나, 피리미딘 농후 표적 서열이 60% 초과의 피리미딘 뉴클레오타이드 및 더 바람직하게는 75% 초과의 피리미딘 뉴클레오타이드를 함유하는 것이 바람직하다. 몇몇 실시형태에서, 이 서열은 바람직하게는 90% 초과의 피리미딘 뉴클레오타이드를 함유하고, 다른 실시형태에서, 가장 바람직하게는 100%의 피리미딘 뉴클레오타이드이다.
제1 뉴클레오타이드 서열의 "변이체"는 (예를 들어, 하이브리드화 검정 또는 DNA 서열분석을 이용하여 검출될 수 있는 하나 이상의 결실, 삽입, 또는 치환을 가짐으로써) 제1 뉴클레오타이드 서열과 다른 뉴클레오타이드 서열로 정의된다. 제1 뉴클레오타이드 서열의 게놈 서열에 대한 변경 또는 변형의 검출이 이 정의 내에 포함된다. 예를 들어, 하이브리드화 검정은 (1) 게놈에 포함될 때 제1 뉴클레오타이드 서열에 하이브리드화할 수 있는 제한 효소 단편의 패턴의 변경(즉, RFLP 분석), (2) (예를 들어, 대립유전자 특이적 올리고뉴클레오타이드 프로브를 사용하는) 제1 뉴클레오타이드 서열을 함유하는 게놈 DNA의 샘플에 하이브리드화하는 제1 뉴클레오타이드 서열의 선택된 부분의 불능, (3) 부적절한 또는 예상치 못한 하이브리드화, 예컨대 (예를 들어, 중기 염색체 분산 등에 대한 형광성 인시츄 하이브리드화(FISH)를 사용하는) 제1 뉴클레오타이드 서열에 대한 정상 염색체 좌위 이외의 좌위에 대한 하이브리드화를 검출하도록 이용될 수 있다. 변이체의 일 예는 돌연변이된 야생형 서열이다.
용어 "핵산" 및 "비변형된 핵산"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 공지된 4개의 데옥시리보핵산 염기(즉, 구아닌, 아데닌, 시토신 및 티민) 중 임의의 하나를 의미한다. 용어 "변형된 핵산"은 비변형된 핵산의 구조에 비해 구조가 변경된 핵산을 의미한다. 예시적인 이러한 변형은 염기의 대체 공유 변형, 예컨대 아미노 및 고리 질소의 알킬화, 및 이중 결합의 포화일 것이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "돌연변이" 및 "변형" 및 문법상 이의 등가물은, 핵산 서열과 관련하여 사용될 때, 결실, 삽입, 치환, 가닥 파괴 및/또는 부가물의 도입을 의미하도록 상호 교환되어 사용된다. "결실"은 하나 이상의 뉴클레오타이드가 부재한 핵산 서열에서의 변화로 정의된다. "삽입" 또는 "부가"는 하나 이상의 뉴클레오타이드의 부가를 발생시키는 핵산 서열의 변화이다. "치환"은 하나 이상의 뉴클레오타이드의 분자(대체된 하나 이상의 뉴클레오타이드와 다른 분자임)에 의한 대체로부터 생긴다. 예를 들어, 핵산은 시토신, 아데닌, 구아닌 또는 유리딘에 의한 티민의 대체로 예시되는 바대로 상이한 핵산으로 대체될 수 있다. 피리미딘으로의 피리미딘 치환(예를 들어, T로의 C의 또는 C로의 T의 뉴클레오타이드 치환) 또는 퓨린으로의 퓨린 치환(예를 들어, A로의 G의 또는 G로의 A의 뉴클레오타이드 치환)은 전이라 칭하는 반면, 퓨린으로의 피리미딘의 치환 또는 피리미딘으로의 퓨린의 치환(예를 들어, T로의 G의 또는 C로의 G의 또는 T로의 A의 또는 C로의 A의 치환)은 변위라 칭한다. 대안적으로, 핵산은 티민 글라이콜에 의한 티민의 대체로 예시되는 바대로 변형된 핵산으로 대체될 수 있다. 돌연변이는 불일치를 발생시킬 수 있다. 용어 "불일치"는 2개의 핵산 사이의 비공유 상호작용을 의미하고, 각각의 핵산은 상이한 폴리핵산 서열 상에 있고, 이는 염기 쌍 짓기 규칙을 따르지 않는다. 예를 들어, 부분적으로 상보성인 서열 5'-AGT-3' 및 5'-AAT-3'의 경우, G-A 불일치(전이)가 존재한다. 용어 "부가물의 도입" 또는 "부가물 형성"은 DNA 서열에서의 하나 이상의 뉴클레오타이드에 대한 분자의 공유 또는 비공유 연결로서, DNA 복제 및/또는 전사의 수준에서 (바람직하게는 10% 내지 100%, 더 바람직하게는 50% 내지 100% 및 가장 바람직하게는 75% 내지 100%) 감소시키는 연결을 의미한다.
용어 "가닥 파괴"는, 이중 가닥 핵산 서열을 언급할 때, 단일 가닥 파괴 및/또는 이중 가닥 파괴를 포함한다. 단일 가닥 파괴(닉(nick))는 이중 가닥 핵산 서열의 2개의 가닥 중 하나의 중단을 의미한다. 이는 이중 가닥 핵산 서열의 가닥 둘 다의 중단을 의미하는 이중 가닥 파괴와 반대이다. 가닥 파괴는 직접적으로(예를 들어, 이온화 방사선 또는 소정의 화학물질에 의한 처리에 의해) 또는 간접적으로(예를 들어, 핵산 염기에서의 효소 절제에 의해) 이중 가닥 핵산 서열로 도입될 수 있다.
용어 "돌연변이체 세포" 및 "변형된 세포"는 세포의 게놈 서열에서의 적어도 하나의 변형을 함유하는 세포를 의미한다.
용어 "부분"은, 뉴클레오타이드 서열과 관련하여 사용될 때, 그 뉴클레오타이드 서열의 단편을 의미한다. 단편은 5개의 뉴클레오타이드 잔기로부터 전체 뉴클레오타이드 서열 - 1개의 핵산 잔기의 크기의 범위일 수 있다.
하나의 모노뉴클레오타이드 펜토스 고리의 5' 포스페이트가 포스포다이에스터 연결을 통해 일 방향으로 이의 이웃의 3' 산소에 부착되도록 모노뉴클레오타이드가 올리고뉴클레오타이드를 만들도록 반응하므로, DNA 분자는 "5' 말단" 및 "3' 말단"을 갖는다고 말해진다. 따라서, 올리고뉴클레오타이드의 말단은, 이의 5' 포스페이트가 모노뉴클레오타이드 펜토스 고리의 3' 산소에 연결되지 않는 경우, "5' 말단"이라 칭해진다. 올리고뉴클레오타이드의 말단은, 이의 3' 산소가 또 다른 모노뉴클레오타이드 펜토스 고리의 5' 포스페이트에 연결되지 않는 경우, "3' 말단"이라 칭해진다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 핵산 서열은, 더 큰 올리고뉴클레오타이드에 내재하더라도, 또한 5' 말단 및 3' 말단을 갖는다고 말해질 수 있다. 선형 또는 원형 DNA 분자에서, 별개의 요소는 "하류" 또는 3' 원소의 "상류" 또는 5'에 있다고 말해진다. 이 용어는 전사가 DNA 가닥을 따라 5'에서 3' 방향으로 진행한다는 것을 반영한다. 연결된 유전자의 전사를 지시하는 프로모터 및 인핸서 요소는 일반적으로 코딩 구역의 5' 또는 상류에 위치한다. 그러나, 인핸서 요소는 프로모터 요소 및 코딩 구역의 3'에 위치할 때에도 이의 효과를 발휘할 수 있다. 전사 종결 및 폴리아데닐화 신호는 코딩 구역의 3' 또는 하류에 위치한다.
용어 "재조합 DNA 분자", 본 명세서에 사용되는 바대로, 분자 생물학적 기법에 의해 함께 연결된 DNA의 분절로 이루어진 DNA 분자를 의미한다.
용어 "재조합 단백질" 또는 "재조합 폴리펩타이드"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 재조합 DNA 분자를 사용하여 발현된 단백질 분자를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "벡터" 및 "비히클"은 하나의 세포로부터 또 다른 세포로 DNA 분절(들)을 전달하는 핵산 분자를 언급하도록 상호 교환되어 사용된다.
용어 "작동 가능한 조합으로", "작동 가능한 순서로" 및 "작동 가능하게 연결된"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 소정의 유전자의 전사 및/또는 원하는 단백질 분자의 합성을 지시할 수 있는 핵산 분자가 생성되는 방식의 핵산 서열의 연결을 의미한다. 상기 용어는 또한 기능적 단백질이 생성되는 방식의 아미노산 서열의 연결을 의미한다.
용어 "형질감염"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 세포로의 외래 DNA의 도입을 의미한다. 형질감염은 인산칼슘-DNA 공침, DEAE-덱스트란 매개 형질감염, 폴리브렌 매개 형질감염, 전기천공, 마이크로주사, 리포솜 융합, 리포펙틴, 프로토플라스트 융합, 레트로바이러스 감염, 유전자총(즉, 입자 폭격) 등을 포함하는 당해 분야에 공지된 다양한 수단에 의해 성취될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "상보성인(complementary)" 또는 "상보성(complementarity)"은 염기 쌍 짓기 규칙이 관여하는 "폴리뉴클레오타이드" 및 "올리고뉴클레오타이드"(뉴클레오타이드의 서열을 의미하는 상호 교환 가능한 용어임)를 언급하도록 사용된다. 예를 들어, 서열 "5'-CAGT-3'"는 서열 "5'-ACTG-3'"에 상보성이다. 상보성은 "부분" 또는 "전체"일 수 있다. "부분" 상보성은 하나 이상의 핵산 염기가 염기 쌍 짓기 규칙에 따라 일치하지 않는 경우이다. 핵산 사이의 "전체" 또는 "완전한" 상보성은 각각의 및 모든 핵산 염기가 염기 쌍 짓기 규칙 하에 또 다른 염기와 일치하는 경우이다. 핵산 가닥 사이의 상보성의 정도는 핵산 가닥 사이의 하이브리드화의 효율 및 강도에 상당한 효과를 가질 수 있다. 이는 증폭 반응, 및 핵산 사이의 결합에 따라 달라지는 검출 방법에서 특히 중요할 수 있다. 편의를 위해, 용어 "폴리뉴클레오타이드" 및 "올리고뉴클레오타이드"는 뉴클레오사이드를 포함하는 분자를 포함한다.
용어 "상동성(homology)" 및 "상동성인(homologous)"은, 뉴클레오타이드 서열과 관련하여 본 명세서에 사용될 때, 다른 뉴클레오타이드 서열과의 상보성의 정도를 의미한다. 부분 상동성 또는 완전한 상동성(즉, 동일성)이 존재할 수 있다. 이중 가닥 핵산 서열, 예컨대 cDNA 또는 게놈 클론과 관련하여 사용될 때, 용어 "실질적으로 상동성"은 상기 기재된 바와 같은 낮은 엄격도의 조건 하에 이중 가닥 핵산 서열의 가닥 중 하나 또는 둘 다에 하이브리드화할 수 있는 임의의 핵산 서열(예를 들어, 프로브)을 의미한다. 핵산 서열에 부분적으로 상보성인, 즉 "실질적으로 상동성"인 뉴클레오타이드 서열은 완전히 상보성인 서열이 표적 핵산 서열에 하이브리드화하는 것을 적어도 부분적으로 저해하는 것이다. 낮은 엄격도의 조건 하에 하이브리드화 검정(서던 또는 노던 블롯, 용액 하이브리드화 등)을 이용하여 표적 서열에 대해 완전히 상보성인 서열의 하이브리드화의 저해를 조사할 수 있다. 실질적으로 상동성인 서열 또는 프로브는 낮은 엄격도의 조건 하에 표적 서열에 대해 완전히 상동성인 서열의 결합(즉, 하이브리드화)에 대해 경쟁하고 이를 저해할 것이다. 낮은 엄격도의 조건이 비특이적 결합이 허용되게 하는 한다는 것은 아니고; 낮은 엄격도의 조건은 서로에 대한 2개의 서열의 결합이 특이적(즉, 선택적) 상호작용일 것을 요한다. 심지어 상보성의 부분 정도(예를 들어, 약 30% 미만의 동일성)가 결여한 제2 표적 서열의 사용에 의해 비특이적 결합의 부재를 시험할 수 있고; 비특이적 결합의 부재에서 프로브는 제2 비상보성 표적에 하이브리드화하지 않을 것이다.
낮은 엄격도의 조건은 5×SSPE(43.8g/ℓ의 NaCl, 6.9g/ℓ의 NaH2PO4ㆍH2O 및 1.85g/ℓ의 EDTA, NaOH에 의해 7.4로 pH 조정됨), 0.1% SDS, 5×덴하르트(Denhardt) 시약(50×덴하르트는 500㎖당 5g의 피콜(Ficoll)(타입 400, 파마시아(Pharmacia)), 5g의 BSA(프락틴(Fraction) V; 시그마(Sigma))를 함유함) 및 100㎍/㎖의 변성 연어 정자 DNA로 이루어진 용액 중의 68℃에서의 결합 또는 하이브리드화, 이어서 약 100개 내지 약 1000개의 뉴클레오타이드 길이의 프로브를 사용할 때 실온에서의 2.0×SSPE, 0.1% SDS를 함유하는 용액 중의 세척에 동등한 조건을 포함한다.
또한, 높은 엄격도의 조건 하에 하이브리드화를 촉진하는 조건(예를 들어, 하이브리드화 및/또는 세척 단계의 온도의 증가, 하이브리드화 용액 중의 폼아마이드의 사용 등)은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 높은 엄격도의 조건은, 핵산 하이브리드화와 관련하여 사용될 때, 5×SSPE, 1% SDS, 5×덴하르트 시약 및 100㎍/㎖의 변성 연어 정자 DNA로 이루어진 용액 중의 68℃에서의 결합 또는 하이브리드화, 이어서 약 100개 내지 약 1000개의 뉴클레오타이드 길이의 프로브를 사용할 때 68℃에서의 0.1×SSPE 및 0.1% SDS를 함유하는 용액 중의 세척에 동등한 조건을 포함한다
낮은 엄격도의 조건을 포함하도록 수많은 동등한 조건이 이용될 수 있고; 프로브의 길이 및 성질(DNA, RNA, 염기 조성물), 및 표적(용액 중에 존재하거나 부동화된 DNA, RNA, 염기 조성물 등)의 성질, 및 염 및 다른 성분(예를 들어, 폼아마이드, 황산덱스트란, 폴리에틸렌 글라이콜의 존재 또는 부재)의 농도, 및 하이브리드화 용액의 성분과 같은 인자가 상기 기재된 조건과 다르지만, 이와 동등한, 낮은 엄격도의 하이브리드화의 조건을 생성하도록 변할 수 있는 것으로 당해 분야에 널리 공지되어 있다.
용어 "동등한"은, 관심 있는 하이브리드화 조건과 관련되면서 하이브리드화 조건을 언급할 때, 하이브리드화 조건 및 관심 있는 하이브리드화 조건이 동일한 범위의 상동성의 백분율(%)을 핵산 서열의 하이브리드화를 발생시킨다는 것을 의미한다. 예를 들어, 관심 있는 하이브리드화 조건이 제1 핵산 서열과 50% 내지 70%의 상동성을 갖는 다른 핵산 서열과의 제1 핵산 서열의 하이브리드화를 발생시키는 경우, 또 다른 하이브리드화 조건은, 이 다른 하이브리드화 조건이 또한 제1 핵산 서열과 50% 내지 70%의 상동성을 갖는 다른 핵산 서열과의 제1 핵산 서열의 하이브리드화를 발생시키는 경우, 관심 있는 하이브리드화 조건에 동등하다고 말해진다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "하이브리드화"는 하이브리드화 복합체를 형성하기 위해 핵산의 가닥이 염기 쌍 짓기를 통해 상보성 가닥과 결합하는 임의의 과정을 이용한 상보성 핵산의 쌍 짓기를 언급하도록 사용된다. 하이브리드화 및 하이브리드화의 강도(즉, 핵산 사이의 회합의 강도)는 핵산 사이의 상보성의 정도, 관여한 조건의 엄격도, 형성된 하이브리드의 Tm, 및 핵산 내의 G:C 비율과 같은 인자에 의해 영향을 받는다.
본 명세서에 사용되는 바대로 용어 "하이브리드화 복합체"는 상보성 G 및 C 염기 사이의 및 상보성 A 및 T 염기 사이의 수소 결합의 형성에 의해 2개의 핵산 서열 사이에 형성된 복합체를 의미하고; 이 수소 결합은 염기 적층(stacking) 상호작용에 의해 추가로 안정화될 수 있다. 2개의 상보성 핵산 서열에서 역평행 구성으로 수소 결합한다. 하이브리드화 복합체는 용액 중에(예를 들어, Cot 또는 Rot 분석), 또는 용액 중에 존재하는 하나의 핵산 서열과 고체 지지체(예를 들어, 서던 및 노던 블로팅, 도트 블로팅에 사용되는 나일론 막 또는 나이트로셀룰로스 필터, 또는 FISH(형광성 인시츄 하이브리드화)를 포함하는 인시츄 하이브리드화에 사용되는 유리 슬라이드)에 부동화된 또 다른 핵산 서열 사이에 형성될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "Tm"은 "융점"을 언급하도록 사용된다. 융점은 이중 가닥 핵산 분자의 집단이 단일 가닥으로 절반 해리하는 온도이다. 핵산의 Tm을 계산하기 위한 식은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 표준 참조문헌에 기재된 바대로, Tm 값의 단순한 예상치는 핵산이 1M NaCl에서 수용액 중에 있을 때 Tm = 81.5+0.41(G+C(%))의 식에 의해 계산될 수 있다(예를 들어, 문헌[Anderson and Young, Quantitative Filter Hybridization, in Nucleic Acid Hybridization, 1985] 참조). 다른 참조문헌은 Tm의 계산에 구조 및 서열 특징을 고려하는 더 복잡한 계산을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "엄격도"는 핵산 하이브리드화가 수행되는 유기 용매와 같은 다른 화합물의 온도, 이온 강도 및 존재의 조건을 언급하도록 사용된다. "엄격도"는 통상적으로 대략 Tm(℃)으로부터 Tm보다 약 20℃ 내지 25℃ 낮은 범위에서 발생한다. 당해 분야의 당업자가 이해하는 것처럼, 엄격한 하이브리드화는 동일한 폴리뉴클레오타이드 서열을 확인하거나 검출하기 위해, 또는 유사한 또는 관련 폴리뉴클레오타이드 서열을 확인하거나 검출하기 위해 사용될 수 있다.
용어 "특이적 결합", "결합 특이성" 및 문법상 이의 등가물은, 제2 뉴클레오타이드 서열에 대한 제1 뉴클레오타이드 서열의 결합을 언급할 때, 제2 뉴클레오타이드 서열과 제3 뉴클레오타이드 서열 사이의 상호작용과 비교하여 제1 뉴클레오타이드 서열과 제2 뉴클레오타이드 서열 사이의 우선적 상호작용을 의미한다. 특이적 결합은 결합의 절대 특이성을 요하지 않는 상대 조건이고; 즉 용어 "특이적 결합"은 제2 뉴클레오타이드 서열과 제3 뉴클레오타이드 서열 사이의 상호작용의 부재 하에 제2 뉴클레오타이드 서열이 제1 뉴클레오타이드 서열과 상호작용하는 것을 요하지 않는다. 오히려, 제1 뉴클레오타이드 서열과 제2 뉴클레오타이드 서열 사이의 상호작용의 수준이 제2 뉴클레오타이드 서열과 제3 뉴클레오타이드 서열 사이의 상호작용의 수준보다 큰 것이 충분하다. 제1 뉴클레오타이드 서열과 제2 뉴클레오타이드 서열의 "특이적 결합"은 또한 제1 뉴클레오타이드 서열과 제2 뉴클레오타이드 서열 사이의 상호작용이 제1 뉴클레오타이드 서열 상의 또는 내의 특정한 구조의 존재에 따라 달라진다는 것을 의미하고; 즉 제2 뉴클레오타이드 서열은, 일반적으로 핵산 또는 뉴클레오타이드 서열보다는, 제1 뉴클레오타이드 서열 상의 또는 내의 특이적 구조를 인식하고 이에 결합한다. 예를 들어, 제2 뉴클레오타이드 서열이 제1 뉴클레오타이드 서열 상에 또는 내에 있는 구조 "A"에 특이적인 경우, 구조 A를 함유하는 제3 핵산 서열의 존재는 제1 뉴클레오타이드 서열에 결합한 제2 뉴클레오타이드 서열의 양을 감소시킬 것이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "증폭 가능한 핵산"은 임의의 증폭 방법에 의해 증폭될 수 있는 핵산을 언급하도록 사용된다. "증폭 가능한 핵산"이 "샘플 주형"을 보통 포함하는 것으로 생각된다.
용어 "이종성 핵산 서열" 또는 "이종성 DNA"는, 이것이 자연에서 결찰하지 않은 핵산 서열에 결찰하거나, 이것이 자연에서 상이한 위치에서 결찰하는, 뉴클레오타이드 서열을 언급하도록 상호 교환되어 사용된다. 이종성 DNA는 이것이 도입된 세포에 내인성이 아니지만, 또 다른 세포로부터 얻어진다. 일반적으로, 반드시 필요하지는 않지만, 이러한 이종성 DNA는 이것이 발현된 세포에 의해 보통 생성되지 않는 RNA 및 단백질을 코딩한다. 이종성 DNA의 예는 리포터 유전자, 전사 및 번역 조절 서열, 선택 가능한 마커 단백질(예를 들어, 약물 내성을 부여하는 단백질) 등을 포함한다.
"증폭"은 핵산 서열의 추가의 카피의 생성으로 정의되고, 일반적으로 당해 분야에 널리 공지된 중합효소 사슬 반응 기술을 이용하여 수행된다(Dieffenbach C W and G S Dveksler (1995) PCR Primer, a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Plainview, N.Y.). 본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "중합효소 사슬 반응"("PCR")은 K. B. 물리스(Mullis)의 미국 특허 제4,683,195호 및 제4,683,202호의 방법(본 명세서에 참조문헌으로 포함됨, 클로닝 또는 정제 없이 게놈 DNA의 혼합물에서 표적 서열의 분절의 농도를 증가시키기 위한 방법을 기술함)을 참조한다. 원하는 표적 서열의 증폭된 분절의 길이는 서로에 대한 2개의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 상대 위치에 따라 결정되고, 따라서 이 길이는 조절 가능한 매개변수이다. 과정의 반복 양상에 의해, 상기 방법은 "중합효소 사슬 반응"(이하 "PCR")이라 칭한다. 표적 서열의 원하는 증폭된 분절이 혼합물에서 (농도의 면에서) 주요 서열이 되므로, 이것은 "PCR 증폭된다"고 말해진다.
PCR에 의해, 게놈 DNA 내의 특이적 표적 서열의 단일 카피를 몇몇 상이한 방법론(예를 들어, 표지된 프로브에 의한 하이브리드화; 바이오티닐화된 프라이머의 편입, 이후의 아비딘-효소 접합체 검출; 32P 표지된 데옥시뉴클레오타이드 트라이포스페이트, 예컨대 dCTP 또는 dATP의 증폭된 분절로의 편입)에 의해 검출 가능한 수준으로 증폭할 수 있다. 게놈 DNA 이외에, 임의의 올리고뉴클레오타이드 서열은 프라이머 분자의 적절한 세트에 증폭될 수 있다. 특히, PCR 과정 그 자체에 의해 생성된 증폭된 분절은 그 자체로 후속하는 PCR 증폭에 대한 효과적인 주형이다.
특히 상업적 적용분야에 대해 하나의 이러한 바람직한 방법은 널리 사용되는 TaqMan(등록상표) 실시간 PCR 기술에 기초하고, 대립유전자 특이적 PCR을 차단 시약(ASB-PCR)과 조합하여 야생형 대립유전자의 증폭을 억제한다. 포르말린 고정된 파라핀 포매된 종양 견본을 포함하는 임의의 유형의 조직으로부터 추출된 DNA 또는 RNA의 생식선 또는 체세포 돌연변이의 검출에 ASB-PCR을 이용할 수 있다. 천 배 초과의 야생형 대립유전자의 배경에 대한 단일 점 치환, 삽입, 또는 결실의 민감하고 선택적인 검출이 가능하게 하는, 일련의 시약 설계 규칙이 개발되었다.(Morlan J, Baker J, Sinicropi D Mutation Detection by Real-Time PCR: A Simple, Robust and Highly Selective Method. PLoS ONE 4(2): e4584, 2009)
용어 "리버스 전사 중합효소 사슬 반응" 및 "RT-PCR"은 cDNA 서열의 혼합물을 생성시키는 RNA 서열을 역전사하고, 이후 클로닝 또는 정제 없이 혼합물에서 전사된 cDNA 서열의 원하는 분절의 농도를 증가시키는 방법을 의미한다. 통상적으로, 2개의 프라이머를 사용하여 전사된 DNA의 원하는 분절의 PCR 증폭 전에 단일 프라이머(예를 들어, 올리고-dT 프라이머)를 사용하여 RNA를 역전사시킨다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "프라이머"는, 정제된 제한 분해에서처럼, 천연 발생하든 또는 합성으로 생성되든, 핵산 가닥에 상보성인 프라이머 연장 생성물의 합성이 유도되는 조건 하에 위치할 때(즉, 뉴클레오타이드 및 유도제, 예컨대 DNA 중합효소의 존재 하에 및 적합한 온도 및 pH에서), 합성의 개시 점으로서 작용할 수 있는, 올리고뉴클레오타이드를 의미한다. 프라이머는 바람직하게는 증폭에서 최대 효율을 위해 단일 가닥이지만, 대안적으로 이중 가닥일 수 있다. 이중 가닥인 경우, 프라이머는 연장 생성물을 제조하기 위해 사용되기 전에 이의 가닥을 분리하도록 처음에 처리된다. 바람직하게는, 프라이머는 올리고데옥시리보뉴클레오타이드이다. 프라이머는 유도제의 존재 하에 연장 생성물의 합성을 프라이밍하도록 충분히 길어야 한다. 프라이머의 정확한 길이는 온도, 프라이머의 공급원 및 방법의 사용을 포함하는 많은 인자에 따라 달라질 것이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "프로브"는, 정제된 제한 분해에서처럼, 천연 발생하든 또는 합성으로, 재조합으로 또는 PCR 증폭에 의해 생성되든, 관심 있는 또 다른 올리고뉴클레오타이드에 하이브리드화할 수 있는, 올리고뉴클레오타이드(즉, 뉴클레오타이드의 서열)를 의미한다. 프로브는 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다. 프로브는 특정한 유전자 서열의 검출, 동정 및 단리에 유용하다. 본 발명에서 사용되는 임의의 프로브는 임의의 "리포터 분자"에 의해 표지되어서, 효소(예를 들어, ELISA, 및 효소 기반 조직화학 검정), 형광성, 방사성 및 발광성 시스템(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 임의의 검출 시스템에서 검출 가능한 것으로 생각된다. 본 발명은 임의의 특정한 검출 시스템 또는 표지로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "제한 엔도뉴클레아제" 및 "제한 효소"는 박테리아 효소를 의미하고, 이들 각각은 특이적 뉴클레오타이드 서열에서 또는 그 근처에서 이중 가닥 또는 단일 가닥 DNA를 절단하거나 닉킹하고, 예를 들어 IIS형 제한 엔도뉴클레아제(예를 들어, FokI)의 엔도뉴클레아제 도메인을 문헌[Kim et al., 1996, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA, 6:1 156-60)]에 교시된 바대로 사용할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "유전자를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드"는 유전자의 코딩 구역을 포함하는 핵산 서열, 즉 유전자 생성물을 코딩하는 핵산 서열을 의미한다. 코딩 구역은 cDNA, 게놈 DNA 또는 RNA 형태로 존재할 수 있다. DNA 형태로 존재할 때, 올리고뉴클레오타이드는 단일 가닥(즉, 센스 가닥) 또는 이중 가닥일 수 있다. 추가로 "유전자를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드"는, 1차 RNA 전사체의 전사 및/또는 정확한 프로세싱의 적절한 개시를 허용하는 것이 필요한 경우, 적합한 조절 요소, 예컨대 인핸서, 프로모터, 스플라이스 연접부, 폴리아데닐화 신호 등을 포함할 수 있다. 더욱 추가로, 본 발명의 코딩 구역은 내인성 인핸서, 스플라이스 연접부, 개재 서열, 폴리아데닐화 신호 등을 함유할 수 있다.
진핵생물에서의 전사 조절 신호는 "인핸서" 요소를 포함한다. 인핸서는 전사에 관여하는 세포 단백질과 특이적으로 상호작용하는 DNA 서열의 짧은 어레이로 이루어진다(Maniatis, T. et al., Science 236:1237, 1987). 인핸서 요소는 식물, 효모, 곤충, 및 포유동물 세포 및 바이러스에서의 유전자를 포함하는 다양한 진핵생물 공급원으로부터 단리된다. 특정한 인핸서의 선택은 어떠한 세포 유형이 관심 있는 단백질을 발현하도록 사용되는지에 따라 달라진다.
발현 벡터 상의 "스플라이싱 신호"의 존재는 대개 재조합 전사체의 더 높은 수준의 발현을 발생시킨다. 스플라이싱 신호는 1차 RNA 전사체로부터의 인트론의 제거를 매개하고, 스플라이스 도너 및 억셉터 부위로 이루어진다(Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, pp. 16.7-16.8, 1989). 흔히 사용되는 스플라이스 도너 및 억셉터 부위는 SV40의 16S RNA로부터의 스플라이스 연접부이다.
진핵생물 세포에서의 재조합 DNA 서열의 효과적인 발현은 생성된 전사체의 효과적인 종결 및 폴리아데닐화를 지시하는 신호의 발현을 요한다. 전사 종결 신호는 일반적으로 폴리아데닐화 신호의 하류에서 발견되고, 몇백 개의 뉴클레오타이드 길이이다. 용어 "폴리 A 부위" 또는 "폴리 A 서열"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 초기의 RNA 전사체의 종결 및 폴리아데닐화 둘 다를 지시하는 DNA 서열을 의미한다. 폴리 A 꼬리가 결여된 전사체가 불안정하고 신속히 분해되므로, 재조합 전사체의 효과적인 폴리아데닐화가 바람직하다. 발현 벡터에서 사용된 폴리 A 신호는 "이종성" 또는 "내인성"일 수 있다. 내인성 폴리 A 신호는 게놈에서의 소정의 유전자의 코딩 구역의 3' 말단에서 천연에서 발견되는 것이다. 이종성 폴리 A 신호는 하나의 유전자로부터 단리되고 또 다른 유전자의 3'에 위치한 것이다.
용어 "프로모터", "프로모터 요소" 또는 "프로모터 서열"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 올리고뉴클레오타이드 서열의 5' 말단에 위치할 때(즉, 선행할 때) mRNA로의 올리고뉴클레오타이드 서열의 전사를 조절할 수 있는 DNA 서열을 의미한다. 프로모터는 통상적으로 올리고뉴클레오타이드 서열(이것은 mRNA로의 이 올리고뉴클레오타이드 서열의 전사를 조절함)의 5'에(즉, 상류에) 위치하고, RNA 중합효소에 의한 특이적 결합 및 전사의 개시를 위한 부위를 제공한다.
용어 "프로모터 활성"은, 핵산 서열을 언급할 때, mRNA로의 올리고뉴클레오타이드 서열의 전사를 개시시키는 핵산 서열의 능력을 의미한다.
용어 "조직 특이적"은, 프로모터에 적용되면서, 상이한 유형의 조직에서의 동일한 올리고뉴클레오타이드의 발현의 상대 부재에서의 특이적 유형의 조직에 대한 올리고뉴클레오타이드 서열의 선택적 발현을 지시할 수 있는 프로모터를 의미한다. 예를 들어, 리포터 작제물을 생성하도록 리포터 유전자를 프로모터 서열에 작동 가능하게 연결하고, 리포터 작제물이 생성된 형질전환 동물의 모든 조직으로 통합되도록 식물 또는 동물의 게놈으로 리포터 작제물을 도입하고, 형질전환 식물 또는 동물의 상이한 조직에서 리포터 유전자의 발현을 검출(예를 들어, mRNA, 단백질, 또는 리포터 유전자가 코딩하는 단백질의 활성을 검출)함으로써, 프로모터의 조직 특이성을 평가할 수 있다. 선택성은 절대적일 필요는 없다. 다른 조직에서의 리포터 유전자의 발현 수준에 비해 하나 이상의 조직에서의 더 높은 리포터 유전자의 발현 수준의 검출은 프로모터가 더 높은 발현 수준이 검출되는 조직에 특이적이라는 것을 나타낸다.
용어 "세포 유형 특이적"은, 프로모터에 적용될 때, 동일한 조직 내의 상이한 유형의 세포에서의 동일한 올리고뉴클레오타이드 서열의 발현의 상대 부재에서의 특이적 유형의 세포에서의 올리고뉴클레오타이드 서열의 선택적 발현을 지시할 수 있는 프로모터를 의미한다. 용어 "세포 유형 특이적"은, 프로모터에 적용될 때, 또한 단일 조직 내의 구역에서의 올리고뉴클레오타이드의 선택적 발현을 촉진할 수 있는 프로모터를 의미한다. 다시 한번, 선택성은 절대적일 필요는 없다. 당해 분야에 널리 공지된 방법, 예를 들어 본 명세서에 기재된 바와 같은 면역조직화학 염색을 이용하여 프로모터의 세포 유형 특이성을 평가할 수 있다. 간단히 말하면, 조직 절편을 파라핀 중에 포매하고, 파라핀 절편을 발현이 프로모터에 의해 조절되는 올리고뉴클레오타이드 서열에 의해 코딩된 폴리펩타이드 생성물에 특이적인 1차 항체와 반응시킨다. 파라핀 절편생성에 대한 대안으로서, 샘플을 극저온 절편생성할 수 있다. 예를 들어, 절편생성 전에 또는 동안에 절편을 냉동시켜 잔류 파라핀에 의한 가능한 방해를 피할 수 있다. 1차 항체에 특이적인, 표지된(예를 들어, 퍼옥시다제 접합된) 2차 항체가 절편생성된 조직에 결합하게 하고, 특이적 결합을 현미경검사에 의해 (예를 들어, 아비딘/바이오틴에 의해) 검출한다.
용어 "선택적 발현", "선택적으로 발현한다" 및 문법상 이의 등가물은 관심 있는 2개 이상의 구역에서의 발현의 상대 수준의 비교를 의미한다. 예를 들어, "선택적 발현"은, 조직과 연결되어 사용될 때, 또 다른 조직에서 동일한 유전자의 발현 수준 및 이 유전자를 발현하는 세포의 수와 각각 비교하여(즉, 선택성은 절대적일 필요는 없다), 특정한 조직에서 관심 있는 유전자의 실질적으로 더 높은 발현 수준, 또는 그 조직에서 유전자를 발현하는 실질적으로 더 많은 수의 세포를 의미한다. 선택적 발현은 특정한 조직에서의 관심 있는 유전자의 발현 및 또 다른 조직에서의 동일한 유전자의 발현의 전체 부재를 포함할 수 있지만, 이를 반드시 요하지는 않는다. 유사하게, "선택적 발현"은, 세포 유형과 관련하여 본 명세서에 사용될 때, 또 다른 세포 유형에서 유전자의 발현 수준 및 이 유전자를 발현하는 세포의 수와 각각 비교하여, 특정한 세포 유형에서 관심 있는 유전자의 실질적으로 더 높은 발현 수준, 또는 그 유전자를 발현하는 실질적으로 더 많은 수의 세포를 의미한다.
용어 "인접"은, 2개 이상의 뉴클레오타이드 서열과 관련하여 사용될 때, 뉴클레오타이드 서열이 개재 서열의 부재 하에, 또는 하나 이상의 조절 요소를 포함하지 않는 개재 서열의 존재 하에 탠덤으로 결찰된다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "코딩하는 핵산 분자", "코딩하는 뉴클레오타이드", "코딩하는 DNA 서열" 및 "코딩하는 DNA"는 데옥시리보핵산의 가닥을 따른 데옥시리보뉴클레오타이드의 순서 또는 서열을 의미한다. 이 데옥시리보뉴클레오타이드의 순서는 폴리펩타이드(단백질) 사슬을 따른 아미노산의 순서를 결정짓는다. 따라서, DNA 서열은 아미노산 서열을 코딩한다.
용어 "단리된"은, "단리된 올리고뉴클레오타이드"에서처럼, 핵산과 관련하여 사용될 때, 천연 공급원에서 보통 회합된 적어도 하나의 오염물질 핵산으로부터 분리된 핵산 서열을 의미한다. 단리된 핵산은 천연에서 발견되는 형태 또는 설정과 다른 형태 또는 설정에 존재하는 핵산이다. 반대로, 단리되지 않은 핵산은 천연에 존재하는 상태에서 발견되는 DNA 및 RNA와 같은 핵산이다. 예를 들어, 소정의 DNA 서열(예를 들어, 유전자)은 이웃하는 유전자에 근접한 숙주 세포 염색체에서 발견되고; 특이적 단백질을 코딩하는 특이적 mRNA 서열과 같은 RNA 서열은 다량의 단백질을 코딩하는 수많은 다른 mRNA를 갖는 혼합물로서 세포에서 발견된다. 그러나, 관심 있는 폴리펩타이드를 코딩하는 단리된 핵산은, 예의 방식으로, 핵산이 천연 세포와 다른 염색체 또는 염색체외 위치에 있거나, 그렇지 않으면 천연에서 발견되는 것과 다른 핵산 서열에 의해 플랭킹된, 관심 있는 폴리펩타이드를 보통 발현하는 세포에서의 핵산을 포함한다. 단리된 핵산 또는 올리고뉴클레오타이드는 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태로 존재할 수 있다. 단리된 핵산은 다양한 기법(예를 들어, 하이브리드화, 도트 블로팅 등)에 의해 (원하는 경우) 용이하게 확인될 수 있다. 단리된 핵산 또는 올리고뉴클레오타이드가 단백질을 발현하도록 사용될 때, 올리고뉴클레오타이드는 최소한도로 센스 가닥 또는 코딩 가닥을 함유할 것이다(즉, 올리고뉴클레오타이드는 단일 가닥일 수 있음). 대안적으로, 이것은 센스 가닥 및 안티센스 가닥 둘 다를 함유할 수 있다(즉, 올리고뉴클레오타이드는 이중 가닥일 수 있음).
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "정제한다" 또는 "정제하는 것"은 샘플로부터의 하나 이상의 (원치않는) 성분의 제거를 의미한다. 예를 들어, 재조합 폴리펩타이드가 박테리아 숙주 세포에서 발현될 때, 폴리펩타이드를 숙주 세포 단백질의 제거에 의해 정제하여, 샘플에서의 재조합 폴리펩타이드의 백분율을 증가시킨다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "실질적으로 정제된"은, 천연 환경으로부터 제거되거나, 단리되거나, 분리되고, 천연에서 회합된 다른 성분으로부터 적어도 60% 유리되고, 바람직하게는 75% 유리되고, 더 바람직하게는 90% 유리된, 핵산 또는 아미노산 서열 중 어느 하나의, 분자를 의미한다. "단리된 폴리뉴클레오타이드"는 따라서 실질적으로 정제된 폴리뉴클레오타이드이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "코딩 구역"은, 구조적 유전자와 관련하여 사용될 때, mRNA 분자의 번역의 결과로서 초기의 폴리펩타이드에서 발견되는 아미노산을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다. 코딩 구역은 진핵생물에서 개시자 메티오닌을 코딩하는 뉴클레오타이드 삼중항 "ATG"에 의해 일반적으로 5' 측에서 결합하고, 중지 코돈을 나타내는 3개의 삼중항(즉, TAA, TAG, TGA) 중 하나에 의해 3' 측에서 결합한다.
"코딩 서열"이란, mRNA 및/또는 폴리펩타이드 또는 이의 단편을 생성하도록 전사되고/되거나 번역될 수 있는, 핵산 또는 이의 보체의 서열, 또는 이의 일부를 의미한다. 코딩 서열은 성숙 mRNA를 제공하기 위한 세포의 생화학 기계에 의해 함께 연결된, 미성숙 1차 RNA 전사체 또는 게놈 DNA에서의 엑손을 포함하다. 안티센스 가닥은 이러한 핵산의 보체이고, 코딩 서열은 이로부터 추론될 수 있다.
"비코딩 서열"은 생체내 아미노산으로 전사되지 않거나, tRNA가 아미노산을 대체하도록 상호작용하지 않거나 아미노산을 대체하도록 시도하지 않는, 핵산 또는 이의 보체의 서열, 또는 이의 일부를 의미한다. 비코딩 서열은, 프로모터, 인핸서, 슬라이언서 등과 같은, 게놈 DNA 또는 미성숙 1차 RNA 전사체에서의 인트론 서열 및 유전자 관련 서열 둘 다를 포함하다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "구조적 유전자" 또는 "구조적 뉴클레오타이드 서열"은 다른 유전자의 발현을 조절하지 않는 RNA 또는 단백질을 코딩하는 DNA 서열을 의미한다. 반대로, "조절 유전자" 또는 "조절 서열"은 다른 유전자의 발현을 조절하는 생성물(예를 들어, 전사 인자)을 코딩하는 구조적 유전자이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "조절 요소"는 핵산 서열의 발현의 몇몇 양상을 조절하는 유전자 요소를 의미한다. 예를 들어, 프로모터는 작동 가능하게 연결된 코딩 구역의 전사의 개시를 수월하게 하는 조절 요소이다. 다른 조절 요소는 스플라이싱 신호, 폴리아데닐화 신호, 종결 신호 등을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "펩타이드 전사 인자 결합 부위" 또는 "전사 인자 결합 부위"는 단백질 전사 인자에 결합하고, 이로써 핵산 서열의 발현의 몇몇 양상을 조절하는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다. 예를 들어, Sp-1 및 AP1(활성제 단백질 1) 결합 부위는 펩타이드 전사 인자 결합 부위의 예이다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "유전자"는 구조적 유전자의 코딩 구역을 포함하는 데옥시리보뉴클레오타이드 서열을 의미한다. "유전자"는 유전자가 전장 mRNA의 길이에 상응하도록 5' 말단 및 3' 말단 둘 다에서 코딩 구역에 인접하게 위치한 비번역 서열을 또한 포함할 수 있다. 코딩 구역의 5'에 위치하고 mRNA에 존재하는 서열은 5' 비번역 서열이라 칭해진다. 코딩 구역의 3' 또는 하류에 위치하고 mRNA에 존재하는 서열은 3' 비번역 서열이라 칭해진다. 용어 "유전자"는 유전자의 cDNA 및 게놈 형태 둘 다를 포괄한다. 유전자의 게놈 형태 또는 클론은 "인트론" 또는 "개재 구역" 또는 "개재 서열"이라 칭하는 비코딩 서열로 차단된 코딩 구역을 함유한다. 인트론은 이종 핵 RNA(hnRNA)로 전사된 유전자의 분절이고; 인트론은 조절 요소, 예컨대 인핸서를 함유할 수 있다. 인트론은 핵 또는 1차 전사체로부터 제거되거나 "스플라이싱 절단"되고; 인트론은 따라서 메신저 RNA(mRNA) 전사체에서 부재한다. mRNA는 초기의 폴리펩타이드에서 아미노산의 서열 또는 순서를 명시하도록 번역 동안 작용한다.
인트론을 함유하는 것 이외에, 유전자의 게놈 형태는 RNA 전사체에 존재하는 서열의 5' 말단 및 3' 말단 둘 다에 위치한 서열을 또한 포함할 수 있다. 이 서열은 "플랭킹" 서열 또는 구역(이 플랭킹 서열은 mRNA 전사체에 존재하는 비번역 서열에 대해 5' 또는 3'에 위치함)이라 칭한다. 5' 플랭킹 구역은 조절 서열, 예컨대 유전자의 전사를 조절하거나 이에 영향을 미치는 프로모터 및 인핸서를 함유할 수 있다. 3' 플랭킹 구역은 전사의 종결, 전사 후 개열 및 폴리아데닐화를 지시하는 서열을 함유할 수 있다.
"비인간 동물"은 인간이 아닌 임의의 동물을 의미하고, 척추동물, 예컨대 설치류, 비인간 영장류, 양과, 소과, 반추동물, 토끼과, 돼지과, 염소과, 말과, 개과, 고양이과, 조류 등을 포함한다. 바람직한 비인간 동물은 쥐목(Rodentia)으로부터 선택된다. "비인간 동물"은 추가로 양서류(예를 들어, 제노푸스(Xenopus)), 파충류, 곤충(예를 들어, 드로소필라(Drosophila)) 및 다른 포유 동물이 아닌 동물 종을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "형질전환"은 식물 또는 동물의 체세포 및/또는 생식선 세포 중 어느 하나의 게놈으로 통합되도록 삽입된 또 다른 유기체로부터 유래한 DNA를 갖는 유기체 또는 세포를 의미한다. "전이유전자"는 DNA 서열이 발견되는 식물 또는 동물에 부분적으로 또는 전체적으로 이종성(즉, 자연에서 존재하지 않음)이거나, 내인성 서열에 상동성(즉, 자연에서 동물에서 발견되는 서열)이고, 천연 발생 서열과 다른 위치에서 식물 또는 동물의 게놈으로 삽입된 DNA 서열을 의미한다. 하나 이상의 전이유전자를 포함하는 형질전환 식물 또는 동물은 본 발명의 범위 내에 있다. 추가로, "형질전환"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 본 발명의 방법에 의해, 상동성 재조합, TFO 돌연변이에 의해 또는 유사한 과정에 의해 변형되고/되거나 "넉 아웃"된(비기능적이 되거나, 감소한 수준으로 기능적이 됨, 즉 "넉아웃" 돌연변이) 하나 이상의 유전자를 갖는 동물을 의미한다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 형질전환 유기체 또는 세포는 외래 프로모터 및/또는 코딩 구역을 포함하는 삽입된 DNA를 포함한다.
"형질전환된 세포"는 다중 생성을 위해 세포 배양물에서 성장하는 능력, 부드러운 한천에서 성장하는 능력 및/또는 세포 대 세포 접촉에 의해 저해된 세포 성장을 갖지 않는 능력을 획득한 세포 또는 세포주이다. 이와 관련하여, 형질전환은 세포 또는 유기체로의 외래 유전자 물질의 도입을 의미한다. 형질전환은 세포로의 성공적인 핵산의 도입을 허용하고, 도입된 핵산을 발현시키는 공지된 임의의 방법에 의해 성취될 수 있다. "형질전환"은 형질감염, 마이크로주사, 전기천공, 뉴클레오펙션 및 리포펙션(리포솜 매개 유전자 전달)과 같은 방법을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 형질전환은 임의의 발현 벡터의 사용을 통해 성취될 수 있다. 예를 들어, 곤충 세포로 외래 핵산을 도입하기 위한 바큘로바이러스(baculovirus)의 사용이 고려된다. 용어 "형질전환"은 또한 전체 곤충의 P 요소 매개 생식선 형질전환과 같은 방법을 포함한다. 추가로, 형질전환은 보통 유전자 돌연변이를 통한 자연히 형질전환된 세포를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바대로 "외인성"은 세포에서 보통 발현되지 않는 단백질을 코딩하는 유전자를 의미한다. 추가로, "외인성"은 유전자의 정상(즉, 천연) 발현 수준을 증대시키도록 세포로 형질감염된 유전자를 의미한다.
펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열은 "내인성" 또는 "이종성"(즉, "외래")일 수 있다. 용어 "내인성"은 천연 발생 서열에 비해, 서열이 몇몇 변형을 함유하지 않는 한, 이것이 도입된 세포에서 자연에서 발견되는 서열을 의미한다. 용어 "이종성"은 서열이 도입된 세포에 내인성이 아닌 서열을 의미한다. 예를 들어, 이종성 DNA는, 뉴클레오타이드 서열이 자연에서 결찰하지 않는 핵산 서열, 또는 자연에서 상이한 위치에서 결찰하는 핵산 서열에 결찰하거나, 이 핵산 서열에 결찰하도록 조작된, 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 이종성 DNA는 또한 뉴클레오타이드 서열이 도입된 세포에서 천연에서 발견되고, 천연 발생 서열에 비해 몇몇 변형을 함유하는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만, 이종성 DNA는 이종성 RNA 및 이종성 단백질을 코딩하고, 이것은 이것이 도입된 세포에 의해 보통 생성되지 않는다. 이종성 DNA의 예는 리포터 유전자, 전사 및 번역 조절 서열, 선택 가능한 마커 단백질(예를 들어, 약물 내성을 부여하는 단백질)를 코딩하는 DNA 서열 등을 포함한다.
작제물
본 명세서에 개시된 핵산 분자(예를 들어, 부위 특이적 뉴클레아제, 또는 CRISPR에 대한 가이드 RNA)는 재조합 핵산 작제물의 생성에서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 본 개시내용의 핵산 분자는 핵산 작제물, 예를 들어 관심 있는 식물에서의 발현을 위한 발현 카세트의 제조에 사용될 수 있다. 이 발현은 작제물이 숙주 게놈으로 통합되지 않거나, 이것이 통합된 경우에는 숙주의 게놈 내의 작제물의 위치 및 프로모터가 부여한 조절 하에 유지되는 경우에 일시적일 수 있다.
발현 카세트는 부위 특이적 뉴클레아제에 작동 가능하게 연결된 조절 서열 또는 본 명세서에 개시된 가이드 RNA 서열을 포함할 수 있다. 카세트는 유기체로 동시형질전환시키고자 하는 적어도 하나의 추가의 유전자를 추가로 함유할 수 있다. 대안적으로, 추가의 유전자(들)는 다중 발현 카세트에 제공될 수 있다.
핵산 작제물은 조절 구역의 전사 조절 하에 있고자 하는 부위 특이적 뉴클레아제 코딩 서열의 삽입을 위한 복수의 제한 부위가 제공될 수 있다. 핵산 작제물은 선택 가능한 마커 유전자를 코딩하는 핵산 분자를 추가로 함유할 수 있다.
임의의 프로모터는 핵산 작제물의 생성에 사용될 수 있다. 프로모터는 본 명세서에 개시된 식물 숙주 핵산 서열에 네이티브 또는 유사, 또는 외래 또는 이종성일 수 있다. 추가로, 프로모터는 천연 서열 또는 대안적으로 합성 서열일 수 있다. 프로모터가 식물 숙주에 "외래" 또는 "이종성"인 경우, 프로모터가 도입된 네이티브 식물에서 프로모터가 발견되지 않도록 의도된다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 키메라 유전자는 코딩 서열에 이종성인 전사 개시 구역에 작동 가능하게 연결된 코딩 서열을 포함한다.
본 명세서에 개시된 부위 지정된 뉴클레아제 서열은 이종성 프로모터를 사용하여 발현될 수 있다.
임의의 프로모터는 부위 지정된 뉴클레아제 서열, 예컨대 구성적, 조직 선호, 유도성을 제공하는 프로모터, 또는 식물에서의 발현을 위한 다른 프로모터의 발현을 조절하기 위해 작제물의 제조에 사용될 수 있다. 구성적 프로모터는 예를 들어 Rsyn7 프로모터의 코어 프로모터 및 WO 99/43 838 및 미국 특허 제6,072,050호에 개시된 다른 구성적 프로모터; 코어 CaMV 35S 프로모터(Odell et al. Nature 313:810-812; 1985); 쌀 액틴(McElroy et al., Plant Cell 2:163-171, 1990); 유비퀴틴(Christensen et al., Plant Mol. Biol. 12:619-632, 1989 및 Christensen et al., Plant Mol. Biol. 18:675-689, 1992); pEMU(Last et al., Theor. Appl. Genet. 81:581-588, 1991); MAS(Velten et al., EMBO J. 3:2723-2730, 1984); ALS 프로모터(미국 특허 제5,659,026호) 등을 포함한다. 다른 구성적 프로모터는 예를 들어 미국 특허 제5,608,149호; 제5,608,144호; 제5,604,121호; 제5,569,597호; 제5,466,785호; 제5,399,680호; 제5,268,463호; 제5,608,142호; 및 제6,177,611호를 포함한다.
조직 선호 프로모터는 특정한 식물 조직 내의 직접 부위 지정된 뉴클레아제 발현에 사용될 수 있다. 이러한 조직 선호 프로모터는 잎 선호 프로모터, 뿌리 선호 프로모터, 종자 선호 프로모터 및 줄기 선호 프로모터를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 조직 선호 프로모터는 문헌[Yamamoto et al., Plant J. 12(2):255-265, 1997; Kawamata et al., Plant Cell Physiol. 38(7):792-803, 1997; Hansen et al., Mol. Gen Genet. 254(3):337-343, 1997; Russell et al., Transgenic Res. 6(2):157-168, 1997; Rinehart et al., Plant Physiol. 1 12(3):1331-1341, 1996; Van Camp et al., Plant Physiol. 1 12(2):525-535, 1996; Canevascini et al., Plant Physiol. 112(2): 513-524, 1996; Yamamoto et al., Plant Cell Physiol. 35(5):773-778, 1994; Lam, Results Probl. Cell Differ. 20:181-196, 1994; Orozco et al. Plant Mol Biol. 23(6):1129-1138, 1993; Matsuoka et al., Proc Nat'l. Acad. Sci. USA 90(20):9586- 9590, 1993; 및 Guevara-Garcia et al., Plant J. 4(3):495-505, 1993]을 포함한다.
핵산 작제물은 또한 전사 종결 구역을 포함할 수 있다. 전사 종결 구역이 사용될 때, 임의의 종결 구역은 핵산 작제물의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 종결 구역은 또 다른 공급원으로부터 유래할 수 있다(즉, 프로모터에 외래 또는 이종성). 본 개시내용의 작제물에 사용하도록 이용 가능한 종결 구역의 예는 옥토핀 생성효소 및 노팔린 생성효소 종결 구역과 같은 A. 투메파시엔스(tumefaciens)의 Ti-플라스미드 유래의 것을 포함한다. 또한 문헌[Guerineau et al., Mol. Gen. Genet. 262:141-144, 1991; Proudfoot, Cell 64:671-674, 1991; Sanfacon et al., Genes Dev. 5:141-149, 1991; Mogen et al., Plant Cell 2:1261-1272, 1990; Munroe et al., Gene 91:151-158, 1990; Ballas et al., Nucleic Acids Res. 17:7891-7903, 1989; 및 Joshi et al., Nucleic Acid Res. 15:9627-9639, 1987]을 참조한다.
본 명세서에 개시된 임의의 양상, 실시형태, 방법 및/또는 조성물과 함께, 핵산은 형질전환된 식물의 발현의 증가를 위해 최적화될 수 있다. 즉, 부위 지정된 뉴클레아제 단백질을 코딩하는 핵산은 개선된 발현을 위해 식물 선호 코돈을 사용하여 합성될 수 있다. 예를 들어, 숙주 선호 코돈 사용빈도의 설명을 위해 문헌[Campbell and Gowri, (Plant Physiol. 92:1-11, 1990)]을 참조한다. 식물 선호 유전자를 합성하기 위한 방법이 당해 분야에서 이용 가능하다. 예를 들어, 미국 특허 제5,380,831호 및 5,436,391호 및 문헌[Nucleic Acids Res. 17:477-498, 1989]을 참조한다.
또한, 본 명세서에 개시된 핵산 서열에 다른 서열 변형을 만들 수 있다. 예를 들어, 세포 숙주에서 유전자 발현을 증대시키기 위한 추가의 서열 변형이 공지되어 있다. 이것은 거짓된 폴리아데닐화 신호, 엑손/인트론 스플라이스 부위 신호를 코딩하는 서열, 전이인자(transposon) 유사 반복부, 및 유전자 발현에 해로울 수 있는 다른 이러한 잘 규명된 서열의 제거를 포함한다. 서열의 G-C 함량은, 숙주 세포에서 발현된 공지된 유전자에 대한 기준으로서 계산된, 표적 세포 숙주에 대한 평균인 수준으로 또한 조정될 수 있다. 또한, 서열은 예측된 헤어핀 2차 mRNA 구조를 피하도록 변형될 수 있다.
다른 핵산 서열은, 예를 들어 부위 지정된 뉴클레아제 코딩 서열의 발현을 증대시키기 위해, 본 개시내용의 작제물의 제조에 또한 사용될 수 있다. 이러한 핵산 서열은 메이즈 AdhI의 인트론, intronl 유전자(Callis et al., Genes and Development 1:1183-1200, 1987) 및 리더 서열, 담배 모자이크 바이러스(Tobacco Mosaic virus: TMV), 메이즈 클로로틱 모틀 바이러스(Maize Chlorotic Mottle Virus) 및 알팔파 모자이크 바이러스(Alfalfa Mosaic Virus)(Gallie et al., Nucleic Acid Res. 15:8693-8711, 1987; 및 Skuzeski et al., Plant Mol. Biol. 15:65-79, 1990)로부터의 (W-서열)을 포함한다. 옥수수의 슈렁큰(shrunken)-1 좌위로부터의 제1 인트론은 키메라 유전자 작제물에서 유전자의 발현을 증가시키는 것으로 나타났다. 미국 특허 제5,424,412호 및 제5,593,874호는 유전자 발현 작제물에서의 특이적 인트론의 사용을 개시하고, 갈리(Gallie) 등(Plant Physiol. 106:929-939, 1994)은 또한 인트론이 조직 특이적 기준으로 유전자 발현을 조절하기에 유용하다는 것을 밝혔다. 부위 지정된 뉴클레아제 유전자 발현을 추가로 증대시키거나 최적화하기 위해, 본 명세서에 개시된 식물 발현 벡터는 매트릭스 부착 구역(matrix attachment region: MAR)을 함유하는 DNA 서열을 또한 함유할 수 있다. 이후, 이러한 변형된 발현 시스템에 의해 형질전환된 식물 세포는 본 개시내용의 뉴클레오타이드 서열의 과발현 또는 구성적 발현을 나타낼 수 있다.
본 명세서에 개시된 발현 작제물은 엽록체에 부위 지정된 뉴클레아제 서열의 발현을 지시할 수 있는 핵산 서열을 또한 포함할 수 있다. 이러한 핵산 서열은 식물 세포 엽록체에 관심 있는 유전자 생성물을 지시하는 엽록체 전이 펩타이드(chloroplast transit peptide)를 코딩하는 엽록체 표적화 서열을 포함한다. 이러한 전이 펩타이드는 당해 분야에 공지되어 있다. 엽록체 표적화 서열과 관련하여, "작동 가능하게 연결된"은 전이 펩타이드를 코딩하는 핵산 서열(즉, 엽록체 표적화 서열)이 본 명세서에 개시된 부위 지정된 뉴클레아제 핵산 분자에 연결되어서, 2개의 서열이 인접하고 동일한 리딩 프레임에 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 문헌[Von Heijne et al., Plant Mol. Biol. Rep. 9:104-126, 1991; Clark et al., J. Biol. Chem. 264:17544-17550, 1989; Della-Cioppa et al., Plant Physiol. 84:965-968, 1987; Romer et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 196:1414-1421, 1993; 및 Shah et al., Science 233:478-481, 1986]을 참조한다.
엽록체 표적화 서열은 당해 분야에 공지되어 있고, 리불로스-1,5-비스포스페이트 카복실라제(루비스코(Rubisco))의 엽록체 소형 하위단위(de Castro Silva Filho et al., Plant Mol. Biol. 30:769-780, 1996; Schnell et al., J. Biol. Chem. 266(5):3335-3342, 1991); 5-(엔올피루빌)시키메이트-3-포스페이트 생성효소(EPSPS)(Archer et al., J. Bioenerg. Biomemb. 22(6):789-810, 1990); 트립토판 생성효소(Zhao et al., J. Biol. Chem. 270(11):6081-6087, 1995); 플라스토사이아닌(Lawrence et al., J. Biol. Chem. 272(33):20357-20363, 1997); 코리스메이트 생성효소(Schmidt et al., J. Biol. Chem. 268(36):27447-27457, 1993); 및 광 수집 클로로필 a/b 결합 단백질(LHBP)(Lamppa et al., J. Biol. Chem. 263:14996-14999, 1988)을 포함한다. 또한 문헌[Von Heijne et al., Plant Mol. Biol. Rep. 9:104-126, 1991; Clark et al., J. Biol. Chem. 264:17544-17550, 1989; Della-Cioppa et al., Plant Physiol. 84:965-968, 1987; Romer et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 196:1414-1421, 1993; 및 Shah et al., Science 233:478-481, 1986]을 참조한다.
본 명세서에 개시된 임의의 양상, 실시형태, 방법 및/또는 조성물과 함께, 핵산 작제물은 식물 세포 엽록체로부터의 돌연변이체 부위 지정된 뉴클레아제 코딩 서열의 발현을 지시하도록 제조될 수 있다. 엽록체의 형질전환을 위한 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌[Svab et al., Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 87:8526-8530, 1990; Svab and Maliga, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90:913-917, 1993; Svab and Maliga, EMBO J. 12:601-606, 1993]을 참조한다. 상기 방법은 선택 가능한 마커를 함유하는 DNA의 입자 총 전달 및 상동성 재조합을 통한 색소체 게놈에 대한 DNA의 표적화에 의존한다. 추가로, 색소체 형질전환은 핵 코딩된 및 색소체 지시된 RNA 중합효소의 조직 선호 발현에 의해 침묵 색소체 유래 전이유전자의 전사활성화에 의해 성취될 수 있다. 이러한 시스템은 문헌[McBride et al. Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 91:7301-7305, 1994]에 보고되어 있다.
엽록체에 표적화하고자 하는 관심 있는 핵산은 식물 핵과 이 세포소기관 사이의 코돈 사용빈도의 차이를 설명하도록 엽록체에서 발현에 최적화될 수 있다. 이러한 방식으로, 관심 있는 핵산은 엽록체 선호 코돈을 사용하여 합성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,380,831호(본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)를 참조한다.
핵산 작제물은 식물 세포를 형질전환하고 부위 지정된 뉴클레아제 코딩 서열을 포함하는 형질전환 식물을 재생하기 위해 사용될 수 있다. 수많은 식물 형질전환 벡터 및 식물을 형질전환하는 방법이 이용 가능하다. 예를 들어, 미국 특허 제6,753,458호, 문헌[An, G. et al., Plant Physiol., 81:301-305, 1986; Fry, J. et al., Plant Cell Rep. 6:321-325, 1987; Block, M., Theor. Appl Genet. 76:767-774, 1988; Hinchee et al., Stadler. Genet. Symp.203212.203-212, 1990; Cousins et al., Aust. J. Plant Physiol. 18:481-494, 1991; Chee, P. P. and Slightom, J. L., Gene.118:255-260, 1992; Christou et al., Trends. Biotechnol. 10:239-246, 1992; D'Halluin et al., Bio/Technol. 10:309-3 14, 1992; Dhir et al., Plant Physiol. 99:81-88, 1992; Casas et al., Proc. Nat'l. Acad Sci. USA 90:11212-11216, 1993; Christou, P., In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant 29P:1 19-124, 1993; Davies, et al., Plant Cell Rep. 12:180-183, 1993; Dong, J. A. and Mc Hughen, A., Plant Sci. 91:139-148, 1993; Franklin, C. I. and Trieu, T. N., Plant. Physiol. 102:167, 1993; Golovkin et al., Plant Sci. 90:41-52, 1993; Guo Chin Sci. Bull. 38:2072-2078; Asano, et al., Plant Cell Rep. 13, 1994; Ayeres N. M. and Park, W. D., Crit. Rev. Plant. Sci. 13:219-239, 1994; Barcelo et al., Plant. J. 5:583-592, 1994; Becker, et al., Plant. J. 5:299-307, 1994; Borkowska et al., Acta. Physiol Plant. 16:225- 230, 1994; Christou, P., Agro. Food. Ind. Hi Tech. 5:17-27, 1994; Eapen et al., Plant Cell Rep. 13:582-586, 1994; Hartman et al., Bio-Technology 12:919923, 1994; Ritala et al., Plant. Mol. Biol. 24:317-325, 1994; 및 Wan, Y. C. and Lemaux, P. G., Plant Physiol. 104:3748, 1994]을 참조한다. 작제물은 또한 상동성 재조합을 이용하여 식물 세포로 형질전환될 수 있다.
용어 "야생형"은, 펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열을 언급할 때. 천연 발생 공급원으로부터 단리될 때 펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열의 특징을 갖는 각각 펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열(좌위/유전자/대립유전자)을 의미한다. 야생형 펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열은 집단에서 가장 흔히 관찰되고 따라서 각각 펩타이드 서열 및 뉴클레오타이드 서열의 "정상" 또는 "야생형" 형태라 임의로 지칭되는 것이다. "야생형"은 또한 특이적 뉴클레오타이드 위치 또는 위치들에서의 서열, 또는 특정한 코돈 위치 또는 위치들에서의 서열, 또는 특정한 아미노산 위치 또는 위치들에서의 서열을 의미할 수 있다.
"공통 서열"은 서열의 적어도 25%에 대해 동일한 아미노산 또는 뉴클레오타이드, 또는 기능적으로 동등한 아미노산 또는 뉴클레오타이드을 함유하는 아미노산 또는 뉴클레오타이드의 서열로 정의된다. 동일한 또는 기능적으로 동등한 아미노산 또는 뉴클레오타이드는 인접할 필요는 없다.
용어 "브라시카(Brassica)"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 브라시카 속의 식물을 의미한다. 예시적인 브라시카 종은 B. 카리네이트(carinata), B. 일롱게이트(elongate), B. 프루티쿨로사(fruticulosa), B. 윤세아(juncea), B. 나푸스(napus), B. 나리노사(narinosa), B. 니그라(nigra), B. 올레라세아(oleracea), B. 페르비리디스(perviridis), B. 라파(rapa)(syn B. 캄페스트리스(campestris)), B. 루페스트리스(rupestris), B. 셉티셉스(septiceps) 및 B. 토우르네포르티(tournefortii)를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
핵염기는 소정의 바람직한 실시형태에서 퓨린, 피리미딘, 또는 이들의 유도체 또는 유사체인 염기이다. 뉴클레오사이드는 펜토스퓨라노실 모이어티, 예를 들어 임의로 치환된 리보사이드 또는 2'-데옥시리보사이드를 함유하는 핵염기이다. 뉴클레오사이드는 인을 함유하거나 함유하지 않을 수 있는 여러 연결 모이어티 중 하나에 의해 연결될 수 있다. 비치환 포스포다이에스터 연결에 의해 연결된 뉴클레오사이드는 뉴클레오타이드라 칭한다. 용어 "핵염기"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 펩타이드 핵염기, 펩타이드 핵산의 하위단위, 및 모폴린 핵염기뿐만 아니라, 뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드를 포함한다.
올리고핵염기는 핵염기를 포함하는 중합체이고; 바람직하게는 이의 적어도 일부는 상보성 서열을 갖는 DNA에 대한 왓슨-클릭 염기 쌍 짓기에 의해 하이브리드화할 수 있다. 올리고핵염기 사슬은 중합체의 최종 핵염기인 단일 5' 말단 및 3' 말단을 가질 수 있다. 특정한 올리고핵염기 사슬은 모든 유형의 핵염기를 함유할 수 있다. 올리고핵염기 화합물은 상보성이고 왓슨-클릭 염기 쌍 짓기에 의해 하이브리드화할 수 있는 하나 이상의 올리고핵염기 사슬을 포함하는 화합물이다. 리보형 핵염기는 핵염기(여기서, 2' 탄소는 하이드록실, 알킬옥시 또는 할로겐으로 치환된 메틸렌임)를 함유하는 펜토스퓨라노실을 포함한다. 데옥시리보형 핵염기는 리보형 핵염기 이외의 핵염기이고, 펜토스퓨라노실 모이어티를 함유하지 않는 모든 핵염기를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 올리고핵염기 가닥은 올리고핵염기 사슬 및 올리고핵염기 사슬의 분절 또는 구역 둘 다를 포함할 수 있다. 올리고핵염기 가닥은 3' 말단 및 5' 말단을 가질 수 있고, 올리고핵염기 가닥이 사슬과 동연(coextensive)일 때, 가닥의 3' 말단 및 5' 말단은 또한 사슬의 3' 말단 및 5' 말단이다.
용어 "유전자 보수 올리고핵염기"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드, 비뉴클레오타이드 함유 분자, 단일 가닥 올리고데옥시뉴클레오타이드 및 다른 유전자 보수 분자를 포함하는 올리고핵염기를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "코돈"은 단백질 합성을 중지시키는 신호 또는 단백질 합성 동안 폴리펩타이드 사슬에서의 특이적 아미노산의 삽입을 결정하는 유전자 코드를 구성하는 3개의 인접한 뉴클레오타이드(RNA 또는 DNA 중 어느 하나)의 서열을 의미한다. 용어 "코돈"은 오리지널 DNA가 전사되는 메신저 RNA에서의 3개의 뉴클레오타이드의 상응하는 (및 상보성) 서열을 의미하도록 또한 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "상동성"은 단백질 및 DNA 중에서 서열 유사성을 의미한다. 용어 "상동성" 또는 "상동성인"은 동일성의 정도를 의미한다. 부분 상동성 또는 완전한 상동성이 존재할 수 있다. 부분적으로 상동성인 서열은 또 다른 서열과 비교할 때 100% 미만의 서열 동일성을 갖는 것이다.
"이형접합성"은 상동성 염색체 분절에서 하나 이상의 유전자 좌위에서 상이한 대립유전자를 갖는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바대로, "이형접합성"은 또한 하나 이상의 유전자 좌위에서의 상이한 대립유전자가 결실될 수 있는 샘플, 세포, 세포 집단 또는 유기체를 의미할 수 있다. 이형접합성 샘플은 또한 예를 들어 핵산 서열분석과 같은 당해 분야에 공지된 방법을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 서열분석 전기영동도가 단일 좌위에서 2개의 피크를 나타내고, 피크 둘 다가 거의 동일한 크기인 경우, 샘플은 이형접합성으로 규정될 수 있다. 또는, 1개의 피크가 또 다른 것보다 작지만, 더 큰 피크의 크기의 적어도 약 25%인 경우, 샘플은 이형접합성으로 규정될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 더 작은 피크는 더 큰 피크의 적어도 약 15%이다. 다른 실시형태에서, 더 작은 피크는 더 큰 피크의 적어도 약 10%이다. 다른 실시형태에서, 더 작은 피크는 더 큰 피크의 적어도 약 5%이다. 다른 실시형태에서, 최소 양의 더 작은 피크가 검출된다.
본 명세서에 사용되는 바대로, "동형접합성"은 상동성 염색체 분절에서 하나 이상의 유전자 좌위에서 동일한 대립유전자를 갖는 것을 의미한다. "동형접합성"은 또한 하나 이상의 유전자 좌위에서의 동일한 대립유전자가 검출될 수 있는 샘플, 세포, 세포 집단 또는 유기체를 의미할 수 있다. 동형접합성 샘플은 또한 예를 들어 핵산 서열분석과 같은 당해 분야에 공지된 방법을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 서열분석 전기영동도가 특정한 좌위에서 단일 피크를 나타내는 경우, 샘플은 그 자위와 관련하여 "동형접합성"이라 칭할 수 있다.
용어 "반접합성"은, 제2 대립유전자가 결실되므로, 세포 또는 유기체의 유전자형에서 오직 한번 존재하는 유전자 또는 유전자 분절을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바대로, "반접합성"은 또한 하나 이상의 유전자 좌위에서의 대립유전자가 유전자형에서 오직 한번 검출될 수 있는 샘플, 세포, 세포 집단 또는 유기체를 의미할 수 있다.
용어 "접합성 상태"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 당해 분야에 공지되어 있고 본 명세서에 기재된 방법을 시험함으로써 결정된, 이형접합성, 동형접합성 또는 반접합성으로 보이는 샘플, 세포 집단, 또는 유기체를 의미한다. 용어 "핵산의 접합성 상태"는 핵산의 공급원이 이형접합성, 동형접합성 또는 반접합성으로 보이는지를 결정하는 것을 의미한다. "접합성 상태"는 서열에서의 단일 뉴클레오타이드의 차이를 의미할 수 있다. 몇몇 방법에서, 단일 돌연변이와 관련하여 샘플의 접합성 상태는 동형접합성 야생형, 이형접합성(즉, 하나의 야생형 대립유전자 및 하나의 돌연변이체 대립유전자), 동형접합성 돌연변이체, 또는 반접합성(즉, 야생형 또는 돌연변이체 대립유전자 중 어느 하나의 단일 카피)로 분류될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 " RTDS "는 치부스(Cibus)가 개발한 래피드 트랜짓 디벨로프먼트 시스템(Rapid Trait Development System)(상표명)(RTDS)을 의미한다. RTDS 는 외래 유전자 또는 조절 서열의 편입 없이 유전자 서열에서 정확한 변화를 만드는 데 효과적인 부위 특이적 유전자 변형 시스템이다.
용어 "약"은, 본 명세서에 사용되는 바대로, 정량적 용어에서 플러스 또는 마이너스 10%를 의미한다. 예를 들어, "약 3%"는 2.7% 내지 3.3%를 포함할 것이고, "약 10%"는 9% 내지 11%를 포함할 것이다.
보수 올리고뉴클레오타이드
본 발명은 일반적으로 게놈 또는 다른 뉴클레오타이드 서열에서의 특이적 위치에 대한 변형을 표적화하는 효율을 개선하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 본 명세서에 개시된 접근법에 의해 변형되거나 돌연변이되거나 마킹된 표적 DNA에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 변형된 세포, 조직 및 유기체에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 부분적으로는, 성공적인 전환 시스템인, 래피드 트랜짓 디벨로프먼트 시스템( RTDS (상표명), 치부스 유에스 엘엘씨)에 관한 방법 및 조성물의 개발에 기초한다.
RTDS 는 인시츄로 유전자 서열을 특이적으로 변형시키고 외래 DNA 및 유전자 발현 조절 서열을 삽입하지 않는 세포 자체의 유전자 보수 시스템을 이용함으로써 표적화된 유전자를 변경하는 것에 기초한다. 이 절차는 유전자 서열의 정확한 변화를 실행하지만, 게놈의 나머지는 변화되지 않은 채 있다. 종래의 형질전환 GMO와 반대로, 외래 유전자 물질의 통합도 없고, 임의의 외래 유전자 물질도 식물에 남지 않는다. RTDS 에 의해 도입된 유전자 서열의 변화는 무작위로 삽입되지 않는다. 영향을 받은 유전자가 이의 네이티브 위치에 있으므로, 발현의 무작위, 비조절 또는 불리한 패턴이 발생하지 않는다.
이 변화를 실행하는 RTDS 는 DNA 및 변형된 RNA 염기 둘 다, 및 다른 화학 모이어티로 이루어질 수 있는 화학적으로 합성된 올리고뉴클레오타이드이고, 불일치된 염기 쌍(들)을 생성하도록 표적화된 유전자 위치에서 하이브리드화하도록 설계된다. 이 불일치된 염기 쌍은 그 부위에 세포 자체의 천연 유전자 보수 시스템을 부착시키고, 유전자 내에서 지정된 뉴클레오타이드(들)를 수정(대체, 삽입 또는 결실)시키는 신호로서 작용한다. 수정 과정이 완전하면, RTDS 분자는 분해되고, 이제 변형된 또는 보수된 유전자는 그 유전자의 정상 내인성 조절 기전 하에 발현된다.
본 명세서에 개시된 방법 및 조성물은 하기 자세히 기재된 바와 같은 입체구성 및 화학물질을 갖는 "유전자 보수 올리고핵염기"(GRON)에 의해 실행되거나 만들어질 수 있다. 본 명세서에서 고려되는 "유전자 보수 올리고핵염기"는 "레콤비노겐생성 올리고핵염기"; "RNA/DNA 키메라 올리고뉴클레오타이드"; "키메라 올리고뉴클레오타이드"; "혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드"(MDON); "RNA DNA 올리고뉴클레오타이드"(RDO); "유전자 표적화 올리고뉴클레오타이드"; "제노플라스트"(genoplast); "단일 가닥 변형된 올리고뉴클레오타이드"; "단일 가닥 올리고데옥시뉴클레오타이드 돌연변이 벡터"(SSOMV); "듀플렉스 돌연변이 벡터"; 및 "헤테로듀플렉스 돌연변이 벡터"를 포함하는 다른 명칭을 이용하여 공개된 과학 및 특허 문헌에 또한 기재되어 있다. 유전자 보수 올리고핵염기는 마이크로캐리어(유전자총 전달), 마이크로섬유, 폴리에틸렌 글라이콜(PEG) 매개 흡수, 전기천공 및 마이크로주사(이들로 제한되지는 않음)를 포함하는 당해 분야에서 흔히 사용되는 임의의 방법을 이용하여 식물 세포로 도입될 수 있다.
일 실시형태에서, 유전자 보수 올리고핵염기는 2'-하이드록실을 플루오로, 클로로 또는 브로모 작용기로 대체함으로써 또는 2'-O 상에 치환기를 위치시킴으로써 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 RNA형 뉴클레오타이드가 RNase 저항이게 만드는 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드(MDON)이다. 적합한 치환기는 Kmiec II에 의해 교시된 치환기를 포함한다. 대안적인 치환기는 미국 특허 제5,334,711호(스프로우트(Sproat))가 교시한 치환기 및 특허 공보 EP 제629 387호 및 EP 제679 657호(전부, 마틴(Martin) 출원)(본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)가 교시한 치환기를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 리보뉴클레오타이드의 2'-플루오로, 클로로 또는 브로모 유도체 또는 마틴 출원 또는 스프로우트에 기재된 치환기로 T-OH가 치환된 리보뉴클레오타이드는 "T-치환된 리보뉴클레오타이드"라 칭한다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "RNA형 뉴클레오타이드"는, 비치환 포스포다이에스터 연결 또는 Kmiec I 또는 Kmiec II에 의해 교시된 임의의 비천연 연결에 의해 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 다른 뉴클레오타이드에 연결된, T-하이드록실 또는 2'-치환 뉴클레오타이드를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 용어 "데옥시리보형 뉴클레오타이드"는, 비치환 포스포다이에스터 연결 또는 Kmiec I 또는 Kmiec II에 의해 교시된 임의의 비천연 연결에 의해 유전자 보수 올리고핵염기의 다른 뉴클레오타이드에 연결될 수 있는, T-H를 뉴클레오타이드를 의미한다.
본 발명의 특정한 실시형태에서, 유전자 보수 올리고핵염기는 비치환 포스포다이에스터 결합에 의해서만 연결된 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드(MDON)이다. 대안적인 실시형태에서, 연결은 치환 포스포다이에스터, 포스포다이에스터 유도체 및 Kmiec II에 의해 교시된 비인계 연결에 의한 연결이다. 더욱 또 다른 실시형태에서, 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드에서의 각각의 RNA형 뉴클레오타이드는 2'-치환 뉴클레오타이드이다. 2'-치환 리보뉴클레오타이드의 특정한 바람직한 실시형태는 2'-플루오로, T-메톡시, 2'-프로필옥시, 2'-알릴옥시, 2'-하이드록실에틸옥시, 2'-메톡시에틸옥시, T- 플루오로프로필옥시 및 2'-트라이플루오로프로필옥시 치환된 리보뉴클레오타이드이다. 2'-치환 리보뉴클레오타이드의 더 바람직한 실시형태는 2'-플루오로, 2'-메톡시, 2'-메톡시에틸옥시 및 2'-알릴옥시 치환된 뉴클레오타이드이다. 또 다른 실시형태에서, 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드는 비치환 포스포다이에스터 결합에 의해 연결된다.
2'-치환 RNA형 뉴클레오타이드의 단일 유형만을 갖는 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드(MDON)가 더 편리하게 합성되지만, 본 발명의 방법은 RNA형 뉴클레오타이드의 2개 이상의 유형을 갖는 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드에 의해 실행될 수 있다. RNA 분절의 기능은 2개의 RNA형 트라이뉴클레오타이드 사이의 데옥시뉴클레오타이드의 도입에 의해 발생한 중단에 의해 영향을 받지 않을 수 있다(따라서, 용어 RNA 분절은 "중단된 RNA 분절"과 같은 용어를 포함한다). 비중단된 RNA 분절은 인접 RNA 분절이라 칭한다. 대안적인 실시형태에서, RNA 분절은 교대하는 RNase 저항 및 비치환 2'-OH 뉴클레오타이드를 함유할 수 있다. 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드는 바람직하게는 100개 미만의 뉴클레오타이드 및 더 바람직하게는 85개 미만의 뉴클레오타이드, 그러나 50개 초과의 뉴클레오타이드를 갖는다. 제1 가닥 및 제2 가닥은 왓슨-클릭 염기 쌍 짓기가 된다. 일 실시형태에서, 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 가닥은 링커에 의해 공유 연결되어서(예컨대, 단일 가닥 헥사, 펜타 또는 테트라뉴클레오타이드), 제1 가닥 및 제2 가닥은 단일 3' 말단 및 단일 5' 말단을 갖는 단일 올리고뉴클레오타이드 사슬의 분절이다. 3' 말단 및 5' 말단은 "헤어핀 캡"의 부가에 의해 보호될 수 있고, 이에 의해 3' 말단 및 5' 말단 뉴클레오타이드는 인접한 뉴클레오타이드에 왓슨-클릭 쌍 짓기가 된다. 제2 헤어핀 캡은 추가로 3' 말단 및 5' 말단으로부터 먼 제1 가닥과 제2 가닥 사이의 연접부에 위치할 수 있어서, 제1 가닥과 제2 가닥 사이의 왓슨-클릭 쌍 짓기가 안정화된다.
제1 가닥 및 제2 가닥은 표적 유전자의 2개의 단편과 상동성인, 즉 표적 유전자와 동일한 서열을 갖는 2개의 구역을 함유한다. 상동성 구역은 RNA 분절의 뉴클레오타이드를 함유하고, 연결 DNA 분절의 하나 이상의 DNA형 뉴클레오타이드를 함유할 수 있고, 개재 DNA 분절 내에 있지 않은 DNA형 뉴클레오타이드를 또한 함유할 수 있다. 상동성의 2개의 구역은 "이종성 구역"이라 칭하는 표적 유전자의 서열과 다른 서열을 갖는 구역에 의해 분리되고, 각각 이 구역에 인접한다. 이종성 구역은 1개, 2개 또는 3개의 불일치된 뉴클레오타이드를 함유할 수 있다. 불일치된 뉴클레오타이드는 인접할 수 있거나, 대안적으로 표적 유전자와 상동성인 1개 또는 2개의 뉴클레오타이드에 의해 분리될 수 있다. 대안적으로, 이종성 구역은 또한 1개, 2개, 3개 또는 5개 이하의 뉴클레오타이드의 삽입을 함유할 수 있다. 대안적으로, 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 서열은 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드로부터의 1개, 2개, 3개, 또는 5개 이하의 뉴클레오타이드의 결실만큼 표적 유전자의 서열과 다를 수 있다. 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 뉴클레오타이드가 이종성 구역 내에 있지 않더라도, 이종성 구역의 길이 및 위치는, 이러한 경우에, 결실의 길이인 것으로 생각된다. 2개의 상동성 구역에 상보성인 표적 유전자의 단편 사이의 거리는 치환 또는 치환들이 의도되는 이종성 구역의 길이와 동일하다. 이종성 구역이 삽입을 함유하는 경우, 상동성 구역은 이로써 이의 상보성의 상동성 단편이 유전자에 있는 것보다 멀리 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드에서 분리되고, 이종성 구역이 결실을 코딩할 때 반대도 적용 가능하다.
혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 RNA 분절은 각각 상동성 구역, 즉 표적 유전자의 단편과 서열이 동일한 구역의 일부이고, 분절은 함께 바람직하게는 적어도 13개의 RNA형 뉴클레오타이드 및 바람직하게는 16개 내지 25개의 RNA형 뉴클레오타이드 또는 훨씬 더 바람직하게는 18개 내지 22개의 RNA형 뉴클레오타이드 또는 가장 바람직하게는 20개의 뉴클레오타이드를 함유한다. 일 실시형태에서, 상동성 구역의 RNA 분절은 개재 DNA 분절에 의해 분리되고 이 분절에 인접, 즉 "이에 의해 연결된다". 일 실시형태에서, 이종성 구역의 각각의 뉴클레오타이드는 개재 DNA 분절의 뉴클레오타이드이다. 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드의 이종성 구역을 함유하는 개재 DNA 분절은 "뮤테이터 분절"이라 칭한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 유전자 보수 올리고핵염기(GRON)는 국제 특허 출원 PCT/USOO/23457, 미국 특허 제6,271,360호, 6,479,292호 및 7,060,500호(이의 전문이 참조문헌으로 포함됨)에 개시된 단일 가닥 올리고데옥시뉴클레오타이드 돌연변이 벡터(SSOMV)이다. SSOMV의 서열은 미국 특허 제5,756,325호; 제5,871,984호; 제5,760,012호; 제5,888,983호; 제5,795,972호; 제5,780,296호; 제5,945,339호; 제6,004,804호; 및 제6,010,907호 및 국제 공보 WO 제98/49350호; WO 제99/07865호; WO 제99/58723호; WO 제99/58702호; 및 WO 제99/40789호에 기재된 돌연변이 벡터와 동일한 원칙에 기초한다. SSOMV의 서열은 뮤테이터 구역이라 칭하는 원하는 유전자 변경을 함유하는 구역에 의해 분리된 표적 서열과 상동성인 2개의 구역을 함유한다. 뮤테이터 구역은 표적 서열에서 상동성 구역을 분리시키는 서열과 길이가 동일하지만, 서열이 상이한, 서열을 가질 수 있다. 이러한 뮤테이터 구역은 치환을 발생시킬 수 있다. 대안적으로, SSOMV에서의 상동성 구역은 서로 인접할 수 있지만, 동일한 서열을 갖는 표적 유전자에서의 구역은 1개, 2개 이상의 뉴클레오타이드에 의해 분리된다. 이러한 SSOMV는 SSOMV로부터 부재한 뉴클레오타이드의 표적 유전자로부터 결실을 발생시킨다. 마지막으로, 상동성 구역과 동일한 표적 유전자의 서열은 표적 유전자에서 인접하지만, SSOMV의 서열에서 1개, 2개 이상의 뉴클레오타이드에 의해 분리될 수 있다. 이러한 SSOMV는 표적 유전자의 서열에서 삽입을 발생시킨다.
SSOMV의 뉴클레오타이드는, 3' 말단 및/또는 5' 말단 뉴클레오타이드간 연결 또는 대안적으로 2개의 3' 말단 및/또는 5' 말단 뉴클레오타이드간 연결이 포스포로티오에이트 또는 포스포아미데이트일 수 있다는 점을 제외하고는, 비변형 포스포다이에스터 결합에 의해 연결된 데옥시리보뉴클레오타이드이다. 본 명세서에 사용되는 바대로, 뉴클레오타이드간 연결은 SSOMV의 뉴클레오타이드 사이의 연결이고, 3' 말단 뉴클레오타이드 또는 5' 말단 뉴클레오타이드와 차단 치환기 사이의 연결을 포함하지 않는다. 구체적인 실시형태에서, SSOMV의 길이는 21개 내지 55개의 데옥시뉴클레오타이드이고, 상동성 구역의 길이는 따라서 적어도 20개의 데옥시뉴클레오타이드의 전체 길이이고, 적어도 2개의 상동성 구역은 각각 적어도 8개의 데옥시뉴클레오타이드의 길이를 가져야 한다.
SSOMV는 표적 유전자의 코딩 가닥 또는 비코딩 가닥에 상보성이도록 설계될 수 있다. 원하는 돌연변이가 단일 염기의 치환인 경우, 뮤테이터 뉴클레오타이드 및 표적화된 뉴클레오타이드 둘 다가 피리미딘인 것이 바람직하다. 원하는 기능적 결과를 성취하는 것과 일치하는 정도로, 상보성 가닥에서의 뮤테이터 뉴클레오타이드 및 표적화된 뉴클레오타이드 둘 다가 피리미딘인 것이 바람직하다. 염기전이 돌연변이를 코딩하는 SSOMV가 특히 바람직하고, 즉 C 또는 T 뮤테이터 뉴클레오타이드는 상보성 가닥에서의 C 또는 T 뉴클레오타이드에 의해 각각 불일치된다.
효율의 개선
본 발명은 보수 올리고뉴클레오타이드를 사용하여 표적 유전자의 전환의 유효성을 증가시키기 위한, 단독으로 또는 서로와 조합되어 사용될 수 있는, 다수의 접근법을 기술한다. 이것은 하기를 포함한다:
1. 표적화된 (불일치) 부위에 대한 DNA 보수 기계를 공격하는 보수 올리고뉴클레오타이드에 대한 변형의 도입.
A. (예를 들어, 원하는 불일치 부위의 10개의 염기 및 더 바람직하게는 5개의 염기 내의) 올리고뉴클레오타이드에서의 하나 이상의 무염기 부위의 도입은 염기 삭제 보수(base excision repair: BER)에서 중간이고, 보수 올리고뉴클레오타이드에 의해 전환에 표적화된 부위의 근처에 BER 기계를 공격하는 병소를 생성한다. dSpacer(무염기 퓨란) 변형된 올리고뉴클레오타이드는 예를 들어 문헌[Takeshita et al., J. Biol. Chem., 262:10171-79, 1987]에 기재된 바대로 제조될 수 있다.
B. 올리고뉴클레오타이드로 또는 올리고뉴클레오타이드와 함께, 단일 가닥 또는 이중 가닥 파괴를 유도하는 화합물의 봉입은 비상동성 말단 연결(non-homologous end joining: NHEJ), 마이크로상동성 매개 말단 연결(microhomology-mediated end joining: MMEJ) 및 상동성 재조합에 의해 보수된 병소를 생성한다. 예의 방식으로, 항생제의 블레오마이신 패밀리, 아연 핑거, FokI(또는 제한 효소의 임의의 유형 IIS 클래스) 및 다른 뉴클레아제는, 보수 올리고뉴클레오타이드에 의한 전환에 대해 표적화된 부위의 근처에서 이중 가닥 파괴를 도입하기 위해, 보수 올리고뉴클레오타이드의 3' 말단 또는 5' 말단에 공유 커플링될 수 있다. 항생제의 블레오마이신 패밀리는 블레오마이신, 제오신, 플레오마이신, 탤리소마이신, 펩레오마이신 등을 포함하는 DNA 개열 글라이코펩타이드이다.
C. (예를 들어, 원하는 불일치 부위의 10개의 염기 및 더 바람직하게는 5개의 염기 내의) 올리고뉴클레오타이드에 편입된 하나 이상의 8'옥소 dA 또는 dG의 도입은 반응성 산소 종에 의해 생성된 병소와 유사한 병소를 생성한다. 이 병소는 소위 "푸싱 보수" 시스템을 유도한다. 예를 들어, 문헌[Kim et al., J. Biochem. Mol. Biol. 37:657-62, 2004]을 참조한다.
2. 보수 올리고뉴클레오타이드의 안정성의 증가:
보수 올리고뉴클레오타이드에서 3' 차단된 말단을 생성하기 위한 올리고뉴클레오타이드의 3' 말단에서의 리버스 염기(idC)의 도입.
보수 올리고뉴클레오타이드의 5' 및/또는 3'에서의 하이브리드화 에너지를 증가시키는 하나 이상의 2'O-메틸 뉴클레오타이드 또는 염기의 도입(예를 들어, WO2007/073149 참조).
원하는 불일치 부위를 제공하는(이로써 오카자키 단편 유사 핵산 구조를 생성함) DNA 염기를 발생시키는 보수 올리고뉴클레오타이드의 5' 말단에서의 복수의 2'O-메틸 RNA 뉴클레오타이드의 도입.
접합된 (5' 또는 3') 삽입성 염료, 예컨대 아크리딘, 소랄렌, 에티듐 브로마이드 및 Syber 염색.
5' 말단 캡, 예컨대 T/A 클램프, 콜레스테롤 모이어티, SIMA(HEX), riboC 및 아미다이트의 도입.
골격 변형, 예컨대 포스포티오에이트, 2'-O 메틸, 메틸 포스포네이트, 잠긴 핵산(LNA), MOE(메톡시에틸), 다이 PS 및 펩타이드 핵산(PNA).
예를 들어, 가닥내 가교결합 시약 물질, 예컨대 시스플라틴 및 미토마이신 C에 의한 보수 올리고뉴클레오타이드의 가교결합.
형광성 염료, 예컨대 Cy3, DY547, Cy3.5, Cy3B, Cy5 및 DY647에 의한 접합.
3. 하이브리드화 에너지를 증가시키는 염기의 편입을 통한 보수 올리고뉴클레오타이드의 하이브리드화 에너지의 증가(예를 들어, WO2007/073149 참조).
4. 합성을 위한 빌딩 블록으로서의 뉴클레오타이드 다합체(이합체, 삼합체, 사합체 등)의 사용에 의한 보수 올리고뉴클레오타이드 합성의 품질의 증가. 이것은 커플링 단계가 더 작게 하고, 빌딩 블록으로부터 전장 생성물이 더 쉽게 분리되게 한다.
5. 바람직하게는 보수 올리고뉴클레오타이드에서 표적화된 2개 이상의 돌연변이에 의한 긴 보수 올리고뉴클레오타이드(즉, 55개 초과의 뉴클레오타이드 길이, 바람직하게는 75개 내지 300개의 뉴클레오타이드 길이, 더 바람직하게는 적어도 100개의 뉴클레오타이드 길이, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 150개의 뉴클레오타이드 길이 및 가장 바람직하게는 적어도 200개의 뉴클레오타이드 길이)의 사용.
상기 접근법의 예는 하기 표에 제공된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 변형은 또한 공지된 뉴클레오타이드 변형, 예컨대 메틸화, 5' 삽입성 염료, 5' 말단 및 3' 말단에 대한 변형, 골격 변형, 가교결합제, 고리화 및 이노신과 같은 유사체에 의한 하나 이상의 천연 발생 뉴클레오타이드의 '캡(cap)' 및 치환을 포함할 수 있다. 뉴클레오타이드의 변형은 아크리딘, 아민, 바이오틴, 케스케이드 블루, 콜레스테롤, Cy3＠, Cy5＠, Cy5.5＠ 다보일(Daboyl), 다이곡시게닌, 다이나이트로페닐, 에단스(Edans), 6-FAM, 플루오레세인, 3'-글라이세릴, HEX, IRD-700, IRD-800, JOE, 포스페이트 소랄렌, 로다민, ROX, 티올(SH), 스페이서, TAMRA, TET, AMCA-S", SE, BODIPY°, 마리나 블루(Marina Blue)＠, 퍼시픽 블루(Pacific Blue)＠, 오레건 그린(Oregon Green)＠, 로다민 그린(Rhodamine Green)＠, 로다민 레드＠, 로돌 그린(Rhodol Green)＠ 및 텍사스 레드(Texas Red)＠의 부가를 포함한다. 폴리뉴클레오타이드 골격 변형은 메틸포스포네이트, 2'-OMe-메틸포스포네이트 RNA, 포스포로티오레이트, RNA, 2'-OMeRNA를 포함한다. 염기 변형은 2-아미노-dA, 2-아미노퓨린, 3'-(ddA), 3'dA(코디세핀), 7-데아자-dA, 8-Br-dA, 8-옥소-dA, N6-Me-dA, 무염기 부위(dSpacer), 바이오틴 dT, 2'-OMe-5Me-C, 2'-OMe-프로피닐-C, 3'-(5-Me-dC), 3'-(ddC), 5-Br-dC, 5-1-duc, 5-Me-dC, 5-F-dC, 카복시-dT, 전환형 dA, 전환형 dC, 전환형 dG, 전환형 dT, 전환형 dU, 7-데아자-dG, 8-Br-dG, 8-옥소-dG, O6-Me-dG, S6-DNP-dG, 4-메틸-인돌, 5-나이트로인돌, 2'-OMe-이노신, 2'-dl, o6- 페닐-dl, 4-메틸-인돌, 2'-데옥시네불라린, 5-나이트로인돌, 2-아미노퓨린, dP(퓨린 유사체), dK(피리미딘 유사체), 3-나이트로피롤, 2-티오-dT, 4-티오-dT, 바이오틴-dT, 카복시-dT, 04-Me-dT, 04-트라이아졸 dT, 2'-OMe-프로피닐-U, 5-Br-dU, 2'-dU, 5-F-dU, 5-l-dU, 04-트라이아졸 dU를 포함한다. 상기 용어는 또한 펩타이드 핵산(PNA), DNA 유사체(골격이 당보다는 N-(2-아미노에틸)-글라이신 단위로 이루어진 슈도펩타이드임)를 포함한다. PNA는 DNA의 거동을 모방하고 상보성 핵산 가닥에 결합한다. PNA의 자연 골격은 보통 성취되는 것보다 더 높은 결합 및 더 큰 특이성을 발생시킨다. 또한, 강력한 바이오분자 도구, 안티센스 및 항원 물질, 분자 프로브 및 바이오센서를 생성하도록 PNA의 독특한 화학적, 물리적 및 생물학적 특성이 조사된다.
올리고핵염기는 닉(들), 갭(들), 변형된 뉴클레오타이드, 예컨대 변형된 올리고뉴클레오타이드 골격, 무염기 뉴클레오타이드, 또는 다른 화학 모이어티를 가질 수 있다. 추가의 실시형태에서, 올리고핵염기의 적어도 하나의 가닥은 적어도 하나의 추가의 변형된 뉴클레오타이드, 예를 들어 2'-O-메틸 변형된 뉴클레오타이드, 예컨대 MOE(메톡시에틸), 5'-포스포로티오에이트기를 갖는 뉴클레오타이드, 콜레스테릴 유도체에 연결된 말단 뉴클레오타이드, 2'-데옥시-2'-플루오로 변형된 뉴클레오타이드, 2'-데옥시-변형된 뉴클레오타이드, 잠긴 뉴클레오타이드, 무염기 뉴클레오타이드(핵염기는 소실되거나 이것 대신에 하이드록실기를 가짐(예를 들어, 글렌 리서치(Glen Research), http://www.glenresearch.com/GlenReports/GR21-14.html) 참조), 2'-아미노-변형된 뉴클레오타이드, 2'-알킬-변형된 뉴클레오타이드, 몰폴리노 뉴클레오타이드, 포스포르아미다이트 및 뉴클레오타이드를 포함하는 비천연 염기를 포함한다. 다양한 염, 혼합 염 및 유리 산 형태가 또한 포함된다.
바람직한 변형된 올리고뉴클레오타이드 골격은 예를 들어 포스포로티오에이트, 키랄 포스포로티오에이트, 포스포로-다이티오에이트, 포스포트라이에스터, 아미노알킬포스포트라이에스터, 메틸 및 다른 알킬 포스포네이트, 예컨대 3'-알킬렌 포스포네이트, 5'-알킬렌 포스포네이트 및 키랄 포스포네이트, 포스피네이트, 포스포르아미데이트, 예컨대 3'-아미노 포스포르아미데이트 및 아미노알킬포스포르아미데이트, 티오노포스포르아미데이트, 티오노알킬-포스포네이트, 티오노알킬포스포트라이에스터, 보통의 3'-5' 연결, 2'-5' 연결된 이의 유사체를 갖는 셀레노포스페이트 및 보라노포스페이트, 및 반전 극성을 갖는 것(여기서, 하나 이상의 뉴클레오타이드간 연결은 3'→3', 5'→5' 또는 2'→2' 연결임)을 포함한다. 바람직한 반전 극성을 갖는 올리고뉴클레오타이드는 3'-대부분의 뉴클레오타이드간 연결에서의 단일 3'→3' 연결, 즉 무염기일 수 있는 단일 반전 뉴클레오사이드 잔기(핵염기는 소실되거나 이것 대신에 하이드록실기를 가짐)를 포함한다. 연결 반전의 가장 흔한 용도는 포스포로티오에이트 골격을 갖는 안티센스 올리고뉴클레오타이드의 말단에 3'-3' 연결을 부가하는 것이다. 3'-3' 연결은 2개의 5'-OH 말단을 갖고 3'-OH 말단을 갖지 않는 올리고뉴클레오타이드를 생성함으로써 엑소뉴클레아제 분해에 대해 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 추가로 안정화시킨다. 연결 반전은 "역전된 포스포르아미다이트"의 사용을 통해 올리고뉴클레오타이드 합성 동안 특이적 위치로 도입될 수 있다. 이 시약은 5'-OH 위치에서 포스포르아미다이트기 및 3'-OH 위치에서 다이메톡시트리틸(DMT) 보호기를 갖는다. 보통, DMT 보호기는 5'-OH에 있고, 포스포르아미다이트는 3'-OH에 있다.
변형된 염기의 예는 2-아미노퓨린, 2'-아미노-뷰티릴 피렌-유리딘, 2'-아미노유리딘, 2'-데옥시유리딘, 2'-플루오로-사이티딘, 2'-플루오로-유리딘, 2,6-다이아미노퓨린, 4-티오-유리딘, 5-브로모-유리딘, 5-플루오로-사이티딘, 5-플루오로유리딘, 5-인도-유리딘, 5-메틸-사이티딘, 이노신, N3-메틸-유리딘, 7-데아자-구아닌, 8-아미노헥실-아미노-아데닌, 6-티오-구아닌, 4-티오-티민, 2-티오-티민, 5-요오도-유리딘, 5-요오도-사이티딘, 8-브로모-구아닌, 8-브로모-아데닌, 7-데아자-아데닌, 7-다이아자-구아닌, 8-옥소-구아닌, 5,6-다이하이드로-유리딘 및 5-하이드록시메틸-유리딘을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이 합성 단위는 상업적으로 구입 가능하고(예를 들어, 글렌 리서치 컴퍼니로부터 구입), 화학 합성에 의해 DNA로 편입될 수 있다.
당 모이어티의 변형의 예는 3'-데옥실화, 2'-플루오르화 및 아라바노사이드화(arabanosidation)이지만, 이것으로 제한되는 것으로 생각되지는 않는다. DNA로의 이것의 편입은 또한 화학 합성에 의해 가능하다.
5' 말단 변형의 예는 5'-아미노화, 5'-바이오티닐화, 5'-플루오레세인화, 5'-테트라플루오로-플푸오레세인화, 5'-티온화(thionation) 및 5'-댑실화(dabsylation)이지만, 이것으로 제한되는 것으로 생각되지는 않는다.
3' 말단 변형의 예는 3'-아미노화, 3'-바이오티닐화, 2,3-다이데옥실화(dideoxidation), 3'-티온화, 3'-댑실화, 3'-카복실화 및 3'-콜레스테릴화이지만, 이것으로 제한되는 것으로 생각되지는 않는다.
하나의 바람직한 실시형태에서, 올리고핵염기는 링커를 통해 5' 말단 탄소에 부착된 5' 차단 치환기를 함유할 수 있다. 링커의 화학은 이의 길이 이외에 중요하지 않고, 이 길이는 바람직하게는 적어도 6개의 원자 길이이어야 하고, 링커는 가요성이어야 한다. 다양한 비독성 치환기, 예컨대 바이오틴, 콜레스테롤 또는 다른 스테로이드 또는 비삽입성 양이온 형광성 염료를 사용할 수 있다. 올리고핵염기를 만들기 위한 특히 바람직한 시약은 글렌 리서치(버지니아주 스터링)(현재 지이 헬스케어(GE Healthcare))사제의 Cy3(상표명) 및 Cy5(상표명) 하에 판매되는 시약이고, 이것은 올리고뉴클레오타이드로의 편입 시 각각 3,3,3',3'-테트라메틸 N,N'-아이소프로필 치환된 인도모노카보사이아닌 및 인도다이카보사이아닌 염료를 생성하는 차단된 포스포로아미다이트이다. Cy3이 특히 바람직하다. 인도카보사이아닌이 치환된 N-옥시알킬일 때, 이것은 5' 말단 포스페이트를 갖는 포스포다이에스터로서 올리고데옥시뉴클레오타이드의 5' 말단에 편리하게 연결될 수 있다. 상업적으로 구입 가능한 Cy3 포스포르아미다이트가 지시된 바대로 사용될 때, 생성된 5' 변형은 차단 치환기 및 링커로 이루어지고, 이것은 함께 N-하이드록시프로필, N'-포스파티딜프로필 3,3,3',3'-테트라메틸 인도모노카보사이아닌이다. 고려되는 다른 염료는 로다민(Rhodamine)6G, 테트라메틸로다민(Tetramethylrhodamine), 설포로다민(Sulforhodamine) 101, 메로사이아닌(Merocyanine) 540, Atto565, Atto550 26, Cy3.5, Dy547, Dy548, Dy549, Dy554, Dy555, Dy556, Dy560, mStrawberry 및 mCherry를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 인도카보사이아닌 염료는 인돌 고리의 3 및 3' 위치에서 4 치환된다. 이론에 제한됨이 없이, 이 치환은 염료가 삽입성 염료인 것을 막는다. 이 위치에서의 치환기의 동일성은 중요하지 않다.
본 명세서에 기재된 올리고 설계는 또한, 아연 핑거 뉴클레아제, 전사 활성제 유사 이팩터 뉴클레아제(Transcription Activator-Like Effector Nuclease: TALEN) 또는 클러스터링된 규칙적으로 이격된 짧은 회문식 반복부(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat: CRISPR)에 의한 부위 특이적 상동성 재조합을 이용한 유전자 표적화(이들로 제한되지는 않음)를 포함하는, 다른 DNA 편집 또는 재조합 기술과 함께 더 효과적인 도너 주형으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 게놈 세포 DNA의 효과적인 변형 및/또는 세포의 게놈 DNA로의 DNA의 재조합을 위한 방법에 관한 것이다. 임의의 특정한 용도에 제한되지는 않지만, 본 발명의 방법은, 예를 들어 세포에서 변형의 효과를 결정하기 위한 목적을 위해, 세포의 게놈으로 변형을 도입하는 데 있어서 유용하다. 예를 들어, 변형이 효소의 효소 활성을 변경시키는지를 결정하기 위해 및/또는 효소의 촉매 구역의 위치를 결정하기 위해 변형은 효소를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열로 도입될 수 있다. 대안적으로, 단백질의 DNA 결합 활성이 변경되는지를 결정하고 이에 따라 단백질 내의 특정한 DNA 결합 구역을 설명하기 위해 변형은 DNA 결합 단백질의 코딩 서열로 도입될 수 있다. 훨씬 또 다른 대안은 비코딩 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 제2 서열의 발현 수준에서 변형의 효과를 설명하기 위해 비코딩 조절 서열(예를 들어, 프로모터, 인핸서, 조절 RNA 서열(miRNA) 등)로 변형을 도입하는 것이다. 이것은 예를 들어 조절 활성을 보유하는 특정한 서열을 규정하기 위해 바람직할 수 있다.
표적화된 유전자 파괴를 생성하기 위한 하나의 전략은 부위 특이적 엔도뉴클레아제에 의해 생긴 단일 가닥 또는 이중 가닥 DNA 파괴의 생성을 통한다. 엔도뉴클레아제는 조류, 식물 및 인간을 포함하는 큰 동물 모델과 같은 더욱 전통적인 유전자 표적화 방법에 통상적으로 불응성(refractive)인 유기체에서 표적화된 유전자 파괴를 위해 가장 흔히 사용된다. 예를 들어, HIV 감염의 치료 및 예방을 위해 아연 핑거 뉴클레아제를 포함하는 인간 임상 실험이 현재 진행된다. 추가로, 엔도뉴클레아제 조작은 작물에서 바람직하지 않은 표현형을 생성하는 유전자를 파괴하는 시도에서 현재 사용되고 있다.
메가뉴클레아제로도 공지된 귀소 엔도뉴클레아제는 큰(예를 들어, 14bp 초과의) 개열 부위로 인해 높은 정도의 특이성으로 게놈 DNA에서 이중 가닥 파괴를 생성시키는 서열 특이적 엔도뉴클레아제이다. 표적 부위에 대한 귀소 엔도뉴클레아제의 특이성은 유도된 DNA 파괴의 정확한 표적화를 허용하지만, 귀소 엔도뉴클레아제 개열 부위는 희귀하고, 표적화된 유전자에서 천연 발생 개열 부위를 발견할 가능성은 작다.
인공 엔도뉴클레아제의 일 종류는 아연 핑거 엔도뉴클레아제이다. 아연 핑거 엔도뉴클레아제는 비특이적 개열 도메인, 통상적으로 FokI 엔도뉴클레아제의 도메인을 특이적 DNA 서열에 결합하도록 조작된 아연 핑거 단백질 도메인과 조합한다. 아연 핑거 엔도뉴클레아제의 모듈식 구조는 이것이 게놈에 부위 특이적 이중 가닥 파괴를 전달하기 위한 다양한 플랫폼이 되게 한다. 아연 핑거 엔도뉴클레아제의 하나의 제한은 표적 부위에 대한 낮은 특이성 또는 게놈에서의 다중 표적 부위의 존재가 표적이탈(off-target) 개열 사건을 발생시킬 수 있다는 것이다. FokI 엔도뉴클레아제가 이합체로서 개열되면서, 표적이탈 개열 사건을 방지하기 위한 일 전략은 인접한 9개의 염기 쌍 부위에서 결합하는 아연 핑거 도메인을 설계하는 것이다.
TALEN은, 표적화 가능한 뉴클레아제로서, 특이적 DNA 부위로의 단일 가닥 및 이중 가닥 파괴를 유도하도록(이후 개열 부위에서 서열 변경을 생성하도록 활용될 수 있는 기전에 의해 보수됨) 사용된다.
TALEN의 DNA 결합 구역을 조작하도록 사용된 기본적인 빌딩 블록은 잔토모나스 종(Xanthomonas spp.) 프로테오박테리아에 의해 코딩된 천연 발생 TALE로부터 유래한 매우 보전된 반복부 도메인이다. TALEN에 의한 DNA 결합은 매우 보전된 33개 내지 35개의 아미노산 반복부(반복부의 아미노 말단 및 카복시 말단 말단에서 추가의 TALE 유래 도메인에 의해 플랭킹됨)의 어레이에 의해 매개된다.
이 TALE 반복부는 DNA의 단일 염기에 특이적으로 결합하고, 이의 동일성은 반복부의 12번 및 13번 위치에서 통상적으로 발견되는 2개의 초가변 잔기에 의해 결정되고, 어레이에서의 반복부의 수는 원하는 표적 핵산의 길이에 상응하며, 반복부의 동일성은 표적 핵산 서열을 일치시키도록 선택된다. 표적 핵산은 표적 부위의 선택성을 최대화하기 위해 바람직하게는 15개 내지 20개의 염기 쌍이다. 표적 핵산의 개열은 통상적으로 TALEN 결합의 50개의 염기 쌍 내에 발생한다. TALEN 인식 부위 설계를 위한 컴퓨터 프로그램은 당해 분야에 기재되어 있다. 예를 들어, 문헌[Cermak et al., Nucleic Acids Res. 2011 July; 39(12): e82]을 참조한다.
원하는 표적 서열과 일치하도록 설계되면, TALENS는 재조합으로 발현되고 외인성 단백질로서 프로토플라스트로 도입되거나, 프로토플라스트 내의 플라스미드로부터 발현될 수 있다.
인공 엔도뉴클레아제의 또 다른 종류는 조작된 메가뉴클레아제이다. 조작된 귀소 엔도뉴클레아제는 기존의 귀소 엔도뉴클레아제의 특이성을 변형시킴으로써 생성된다. 일 접근법에서, 천연 발생 귀소 엔도뉴클레아제의 아미노산 서열로 변이가 도입되고, 이후 표적화된 결합 부위를 개열시키는 기능적 단백질을 선택하도록 생성된 조작된 귀소 엔도뉴클레아제가 스크리닝된다. 또 다른 접근법에서, 각각의 귀소 엔도뉴클레아제의 절반 부위로 이루어진 새로운 인식 부위를 생성하기 위해 2개의 상이한 귀소 엔도뉴클레아제의 인식 부위를 조합함으로써 키메라 귀소 엔도뉴클레아제를 조작한다.
표적화된 유전자 재조합에서 다른 DNA 변형 분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 표적 세포 또는 세포들의 게놈으로 변형을 유도하기 위해 펩타이드 핵산을 사용할 수 있다(예를 들어, 미국 특허 제5,986,053호(Ecker)(본 명세서에 참조문헌으로 포함됨) 참조). 간단히 말하면, 상동성 게놈 뉴클레오타이드 서열을 표적화하도록, 적어도 부분 펩타이드 골격을 포함하는 합성 뉴클레오타이드를 사용한다. 이중 나선 DNA에 대한 결합 시, 또는 펩타이드 핵산에 결찰된 뮤타젠을 통해, 표적 DNA 서열의 변형 및/또는 재조합이 일어나도록 유도된다. 표적화 특이성은 표적화 서열과 게놈 서열 사이의 서열 상동성의 정도에 의해 결정된다.
더욱이, 본 발명은 게놈 서열의 변형을 실행하기 위해 본 명세서에 사용된 특정한 방법으로 제한되지 않는다. 실제로, 다수의 방법이 고려된다. 예를 들어, 삼중 나선 형성 올리고뉴클레오타이드(TFO)를 사용하여 유전자를 표적화할 수 있다. 합성으로, 예를 들어 PCR에 의해 또는 유전자 합성기 기기를 사용하여 TFO를 생성할 수 있다. 추가로, 적합한 천연 서열이 발견되는 경우 게놈 DNA로부터 TFO를 단리할 수 있다. 뮤타젠, 예컨대, 소랄렌 또는 클로르암부실(이들로 제한되지는 않음)에 대한 테더링에 의한 것을 포함하는 다수의 방식으로 TFO를 사용할 수 있다(예를 들어, 문헌[Havre et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 90:7879-7883, 1993; Havre et al., J Virol 67:7323-7331, 1993; Wang et al., Mol Cell Biol 15:1759-1768, 1995; Takasugi et al., Proc Nat'l Acad Sci, U.S.A. 88:5602-5606, 1991; Belousov et al., Nucleic Acids Res 25:3440-3444, 1997] 참조). 더욱이, 예를 들어 도너 듀플렉스 DNA에 TFO를 테더링할 수 있다(예를 들어, 문헌[Chan et al., J Biol Chem 272:11541-11548, 1999] 참조). TFO는 또한 오차 유발 보수를 유발하도록 충분한 친화도에 의한 결합으로 작용할 수 있다(Wang et al., Science 271:802-805, 1996).
본 발명의 방법은 사용되는 DNA 변형 시약의 성질 또는 유형에 제한되지 않는다. 예를 들어, 이러한 DNA 변형 시약은 DNA 가닥 파손을 발생시키는 라디칼을 방출한다. 대안적으로, 상기 시약은 DNA를 알킬화하여 복제 및 전사를 차단하는 부가물을 형성한다. 또 다른 대안에서, 상기 시약은 세포 효소가 가닥 파괴를 발생시키는 것을 저해하는 분자 또는 가교결합을 생성한다. TFO를 형성하기 위해 올리고뉴클레오타이드에 연결된 DNA 변형 시약의 예는 인돌로카바졸, 나프탈렌 다이이미드(NDI), 트랜스플라틴, 블레오마이신, 페난토다이하이드로다이옥신 및 사이클로프로파피롤로인돌의 유사체를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 특히, 인돌로카바졸은 토포아이소머라제 I 저해제이다. 이 효소의 저해는 가닥 파괴 및 DNA 단백질 부가물 형성을 발생시킨다[Arimondo et al., Bioorganic and Medicinal Chem. 8, 777, 2000]. NDI는 구아닌 잔기의 부위에서 돌연변이를 발생시키는 구아닌을 산화시킬 수 있는 광산화제이다[Nunez, et al., Biochemistry, 39, 6190, 2000]. 트랜스플라틴은 TFO가 시약에 연결될 때 트리플렉스 표적에서 DNA와 반응하는 것으로 나타났다. 이 반응은 돌연변이유발일 수 있는 DNA 부가물을 형성시킨다[Columbier, et al., Nucleic Acids Research, 24: 4519, 1996]. 블레오마이신은 방사선 모방체로서 널리 사용되는 DNA 파괴제이다. 이것은 올리고뉴클레오타이드에 연결되고, 이 포맷에서 파괴제로서 활성인 것으로 나타났다[Sergeyev, Nucleic Acids Research 23, 4400, 1995; Kane, et al., Biochemistry, 34, 16715, 1995]. 사이클로프로파피롤로인돌의 유사체는 TFO에 연결되고, 트리플렉스 표적 서열에서 DNA를 알킬화하는 것으로 나타났다. 이후, 알킬화 DNA는 돌연변이유발일 수 있는 화학 부가물을 함유할 것이다[Lukhtanov, et al., Nucleic Acids Research, 25, 5077, 1997]. 페난토다이하이드로다이옥신은 광활성화 시 라디칼 종을 방출하는 마스킹된 퀴논이다. 이것은 TFO에 연결되고, 광활성화 시 듀플렉스 DNA로 파괴를 도입하는 것으로 나타났다[Bendinskas et al., Bioconjugate Chem. 9, 555, 1998].
변형 및/또는 재조합을 유도하는 다른 방법이 본 발명에 의해 고려된다. 예를 들어, 또 다른 실시형태는 외인성 DNA 단편과 표적화된 유전자 사이의 상동성 재조합의 유도(예를 들어, 문헌[Capecchi et al., Science 244:1288-1292, 1989] 참조) 또는 표적화된 부위에 대한 친화도를 갖는 펩타이드 핵산(PNA)의 사용을 포함한다. 또 다른 방법은 폴리아마이드에 의한 서열 특이적 DNA 인식 및 표적화(예를 들어, 문헌[Dervan et al., Curr Opin Chem Biol 3:688-693, 1999; Biochemistry 38:2143-2151, 1999] 참조) 및 부위 특이적 활성을 갖는 뉴클레아제(예를 들어, 아연 핑거 단백질, TALEN, 메가뉴클레아제 및/또는 CRISPR)의 사용을 포함한다.
본 발명은 변형 및/또는 재조합의 임의의 특정한 빈도로 제한되지 않는다. 본 발명의 방법은 0.2% 내지 3%의 표적 뉴클레오타이드 서열에서의 변형의 빈도를 발생시킨다. 그럼에도 불구하고, 변형 및/또는 재조합의 임의의 빈도(즉, 0% 내지 100%)가 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 변형 및/또는 재조합의 빈도는, 있다면, 변형 및/또는 재조합을 유도하기 위해 사용된 방법, 사용된 세포 유형, 표적화된 특이적 유전자 및 사용된 DNA 돌연변이 시약에 따라 달라진다. 추가로, 검출 방법의 제한으로 인한, 변형 및/또는 재조합을 검출하기 위해 사용된 방법은 변형 및/또는 재조합의 모든 발생을 검출할 수 없다. 더욱이, 몇몇 변형 및/또는 재조합 사건은 침묵일 수 있어서, 변형 및/또는 재조합이 일어난다는 검출 가능한 표시를 제공하지 않는다. 침묵 변형 및/또는 재조합 사건을 검출할 수 없는 것은 변형 및/또는 재조합의 부자연스러운 낮은 예측치를 제공한다. 이러한 이유 및 다른 이유로, 본 발명은 임의의 특정한 변형 및/또는 재조합 빈도로 제한되지 않는다. 일 실시형태에서, 변형 및/또는 재조합의 빈도는 0.01% 내지 100%이다. 또 다른 실시형태에서, 변형 및/또는 재조합의 빈도는 0.01% 내지 50%이다. 더욱 또 다른 실시형태에서, 변형 및/또는 재조합의 빈도는 0.1% 내지 10%이다. 훨씬 더욱 또 다른 실시형태에서, 변형 및/또는 재조합의 빈도는 0.1% 내지 5%이다.
용어 "돌연변이의 빈도"는, 본 명세서에 사용되는 바대로, 세포의 게놈에서의 표적 부위로 돌연변이를 도입할 수 있는 DNA 변형 분자에 의해 처리된 세포의 집단을 언급할 때, DNA 변형 분자에 의해 처리된 세포의 전체 수와 비교하여 표적 부위에서 돌연변이를 함유하는 처리된 집단에서의 세포의 수를 의미한다. 예를 들어, 세포의 게놈에서의 표적 부위에서 돌연변이를 도입하도록 설계된 소랄렌에 테더링된 DNA 변형 분자 TFO에 의해 처리된 세포의 집단과 관련하여, 5%의 돌연변이의 빈도는 TFO-소랄렌에 의해 처리된 전체 100개의 세포 중, 5개의 세포가 표적 부위에서 돌연변이를 함유한다는 것을 의미한다.
본 발명이 세포에서의 DNA의 변형 및/또는 재조합에서 임의의 정도의 정확도로 제한되지 않지만, 본 발명의 몇몇 실시형태가 원하는 결과에 따라 더 높은 정도의 정확도를 요하는 것으로 고려된다. 예를 들어, 유전자 보수에 필요한 특이적 서열 변화(예를 들어, 특정한 염기 변화)는, 유전자의 파괴만이 필요한 유전자 넉아웃을 생성하는 것과 비교하여, 더 높은 정도의 정확도를 요한다. 본 발명의 방법에 의해, 변형 및/또는 상동성 재조합 기법에서의 더 높은 수준의 정확도의 성취는 선행 기술 방법에 의한 것보다 크다.
식물 세포로의 유전자 보수 올리고핵염기의 전달
식물 세포를 형질전환시키기 위해 사용되는 임의의 보통의 공지된 방법은 유전자 보수 올리고핵염기를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 방법은 하기 기재되어 있다. 본 발명은 DNA 변형 시약 또는 시약에 의해 세포를 형질감염시키는 많은 방법을 고려한다. 실제로, 본 발명은 임의의 특정한 방법으로 제한되지 않는다. 세포 또는 세포들로 DNA 변형 시약을 도입하는 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 마이크로주사, 전기천공, 수동 흡착, 인산칼슘-DNA 공침, DEAE-덱스트란 매개 형질감염, 폴리브렌 매개 형질감염, 리포솜 융합, 리포펙틴, 뉴클레오펙션, 프로토플라스트 융합, 레트로바이러스 감염, 유전자총(즉, 입자 폭격) 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
발사체 침투에 의해 셀룰로스 세포벽을 갖는 식물 세포로 DNA의 큰 단편을 도입하기 위한 금속 마이크로캐리어(마이크로구)의 용도는 관련 분야(이하 유전자총 전달)의 당업자에게 널리 공지되어 있다. 미국 특허 제4,945,050호; 제5,100,792호 및 제5,204,253호는 마이크로캐리어를 선택하기 위한 일반적인 기법 및 이를 투영하기 위한 장치를 기술한다.
본 발명의 방법에서 마이크로캐리어를 사용하기 위한 특정 조건은 국제 공보 WO 제99/07865호에 기재되어 있다. 예시적인 기법에서, 얼음 냉각 마이크로캐리어(60㎎/㎖), 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드(60㎎/㎖) 2.5M CaCl2 및 0.1M 스퍼미딘을 그 순서로 첨가하고; 혼합물을 예를 들어 10분 동안 와류시킴으로써 온화하게 진탕시키고, 이후 실온에서 10분 동안 정치시키고, 이때 마이크로캐리어는 5용적의 에탄올 중에 용해되고 원심분리되고 100% 에탄올 중에 재현탁된다. 8-10㎍/㎕의 마이크로캐리어, 14-17㎍/㎖의 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드, 1.1-1.4M CaCl2 및 18-22mM 스퍼미딘의 부착 용액 중에 특정 농도로 우수한 결과가 얻어질 수 있다. 8㎍/㎕의 마이크로캐리어, 16.5㎍/㎖의 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드, 1.3M CaCl2 및 21mM 스퍼미딘의 조건 하에 최적 결과가 관찰되었다.
세포벽 및 세포막을 침투하는 마이크로섬유를 사용하여 본 발명을 실행하기 위해 유전자 보수 올리고핵염기를 또한 식물 세포로 도입할 수 있다. 미국 특허 제5,302,523호(Coffee 등)는 블랙 멕시칸 스위트(Black Mexican Sweet)의 현탁액 옥수수 배양물의 형질전환을 수월하게 하는 탄화규소 섬유의 용도를 기술한다. 변성 돌연변이를 위한 유전자 보수 올리고핵염기를 전달하기 위해, 마이크로섬유를 사용한 식물 세포의 형질전환을 위해 DNA를 도입하기 위해 사용될 수 있는 임의의 기계적 기법을 이용할 수 있다.
유전자 보수 올리고핵염기의 마이크로섬유 전달을 위한 예시적인 기법은 하기 기재되어 있다: 무균 마이크로섬유(2㎍)를 약 10㎍의 혼합 듀플렉스 올리고뉴클레오타이드를 함유하는 150㎕의 식물 배양 배지 중에 현탁시킨다. 현탁액 배양물이 침전되게 하고, 동일 용적의 패킹된 세포 및 무균 섬유/뉴클레오타이드 현탁액을 10분 동안 와류시키고 플레이팅하였다. 선택적 배지를 즉시 또는 특정한 특징을 위해 적절한 바대로 약 120시간 이하의 지연으로 적용한다.
대안적인 실시형태에서, 유전자 보수 올리고핵염기를 식물 부분으로부터 유래한 프로토플라스트의 전기천공에 의해 식물 세포로 전달할 수 있다. 프로토플라스트는 당해 분야의 당업자에게 널리 공지된 기법에 따라 식물 부분, 특히 잎의 효소 처리에 의해 형성된다. 예를 들어, 문헌[Gallois et al, 1996, in Methods in Molecular Biology 55:89-107, Humana Press, Totowa, N.J.; Kipp et al., 1999, in Methods in Molecular Biology 133:213-221, Humana Press, Totowa, NJ]을 참조한다. 프로토플라스트는 전기천공 전에 성장 배지 중에 배양될 필요는 없다. 전기천공을 위한 예시적인 조건은, 0.6 내지 4㎍/㎖의 유전자 보수 올리고핵염기의 농도의, 0.3㎖의 전체 용적 중의 3×105개의 프로토플라스트이다.
대안적인 실시형태에서, 당해 분야의 당업자에게 널리 공지된 기법에 따라 막 변형제 폴리에틸렌 글라이콜의 존재 하에 핵산은 식물 프로토플라스트에 의해 채워진다. 또 다른 대안적인 실시형태에서, 유전자 보수 올리고핵염기는 식물 세포 또는 프로토플라스트로 이것을 모세관에 의해 주입함으로써 전달될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 핵산은 알긴산칼슘으로 이루어진 마이크로비드에 임베딩되고, 막 변형제 폴리에틸렌 글라이콜의 존재 하에 식물 프로토플라스트에 의해 채워진다(예를 들어, 문헌[Sone et al., 2002, Liu et al., 2004] 참조).
대안적인 실시형태에서, 핵산은 물 중에 냉동되고, 마이크로입자의 형태로 폭격에 의해 식물 세포로 도입된다(예를 들어, 문헌[Gilmore, 1991, 미국 특허 제5,219,746호; Brinegar 등] 참조).
대안적인 실시형태에서, 나노입자에 부착된 핵산은 나노입자를 함유하는 현탁액 중의 세포의 항온처리(예를 들어, 문헌[Pasupathy et al., 2008] 참조) 또는 입자 폭격을 통한 온전한 세포로의 또는 동시항온처리에 의한 프로토플라스트로의 이의 전달(예를 들어, 문헌[Torney et al., 2007] 참조)에 의해 온전한 식물 세포로 도입된다.
대안적인 실시형태에서, 핵산은 침투 펩타이드와 복합체형성되고, 동시항온처리에 의해 세포로 전달된다(예를 들어, 문헌[Chugh 등, 2008, WO 2008148223 A1; Eudes 및 Chugh] 참조).
대안적인 실시형태에서, 핵산은 전기천공을 통해 온전한 세포로 도입된다(예를 들어, 문헌[He 등, 1998, US 2003/0115641 Al, Dobres 등] 참조).
대안적인 실시형태에서, 핵산은 건조 배아를 핵산을 갖는 용액 중에 침지시킴으로써 건조 배아의 세포로 전달된다(예를 들어, [Topfer et al., 1989, Senaratna et al., 1991] 참조).
식물의 선택
다양한 실시형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 식물은 나무 또는 관목으로 성장하는 임의의 목질 식물 종, 임의의 초본 종, 또는 식용 과일, 종자 또는 야채를 생성하는 임의의 종, 또는 색깔 있는 또는 방향족 꽃을 생성하는 임의의 종을 포함하는, 쌍떡잎식물, 외떡잎식물 또는 겉씨식물의 임의의 종일 수 있다. 예를 들어, 식물은, 이들이 구체적으로 이미 언급되지 않은 한, 카눌라, 해바라기, 곡식, 담배, 사탕무, 면, 옥수수, 밀, 보리, 쌀, 알팔파, 보리, 수수, 토마토, 망고, 복숭아, 사과, 배, 딸기, 바나나, 멜론, 감자, 당근, 상추, 양파, 대두, 콩 종, 사탕수수, 완두콩, 병아리콩, 경협종완두, 잠두, 렌틸콩, 순무, 루타바가, 싹양배추, 루핀, 꽃양배추, 케일, 강남콩, 포플러, 소나무, 유칼립투스, 포도, 감귤류, 라이밀, 알팔파, 호밀, 귀리, 잔디 및 벼과 작물, 아마, 유채, 겨자, 오이, 나팔꽃, 발삼, 후추, 가지, 메리골드, 연꽃양배추, 데이지, 카네이션, 튤립, 아이리스, 백합 및 너트 생성 식물로 이루어진 군으로부터의 식물의 종으로부터 선택될 수 있다.
식물 및 식물 세포를 당해 분야에서 보통 공지된 방법을 이용하여, 예를 들어 제초제의 존재 하에 식물 또는 식물 세포를 성장시키고, 제초제의 부재 하의 성장 속도와 비교하여 성장 속도를 측정함으로써 제초제에 대한 내성 또는 관용성에 대해 시험할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 식물, 식물 기관, 식물 조직 또는 식물 세포의 실질적으로 정상인 성장은 야생형 AHAS 단백질을 발현하는 상응하는 식물, 식물 기관, 식물 조직 또는 식물 세포에서의 성장 속도 또는 세포 분열의 속도의 적어도 35%, 적어도 50%, 적어도 60%, 또는 적어도 75%인 식물, 식물 기관, 식물 조직, 또는 식물 세포의 성장 속도 또는 세포 분열의 속도로 정의된다.
본 명세서에 사용되는 바대로, 식물, 식물 기관, 식물 조직 또는 식물 세포의 실질적으로 정상인 발육은 야생형 단백질을 발현하는 상응하는 식물, 식물 기관, 식물 조직 또는 식물 세포에서 발생하는 것과 실질적으로 동일한 식물, 식물 기관, 식물 조직 또는 식물 세포에서의 하나 이상의 발육 사건의 발생으로 정의된다.
소정의 실시형태에서, 본 명세서에 제공된 식물 기관은 잎, 줄기, 뿌리, 엽아, 화아, 분열조직, 배아, 떡잎, 내배유, 꽃받침, 꽃잎, 암술, 심피, 수술, 꽃밥, 미세구, 꽃가루, 꽃가루 통(pollen tub), 밑씨, 씨방 및 과일, 또는 이로부터 취한 절편, 슬라이스 또는 디스크를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 식물 조직은 캘러스 조직, 기본 조직, 맥관 조직, 저장 조직, 분열 조직, 잎 조직, 새싹 조직, 뿌리 조직, 혹 조직, 식물 종양 조직 및 재생 조직을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 식물 세포는 세포벽을 갖는 단리된 세포, 다양한 크기의 이의 응집체 및 프로토플라스트를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
식물은, 관련 제초제로 처리될 때, 관련 제초제에 실질적으로 "관용성"이고, 유사하게 처리된 비관용성 유사 식물에 의해 제공된 것과 비교할 때, 오른쪽으로 이동한 용량/반응 곡선을 제공한다. 이러한 용량/반응 곡선은 "용량"은 x축에 작도되고, "사멸 백분율", "제초 효과" 등은 y축에 작도된다. 관용성 식물은 소정의 제초 효과를 생성하기 위해 비관용성 유사 식물보다 더 많은 제초제를 요할 것이다. 제초제에 실질적으로 "내성"인 식물은, 밭에서 잡초를 죽이려고 하는 농민이 통상적으로 이용하는 농도 및 속도로 제초제에 처리될 때, 있다면, 괴사성, 용해성, 백화 또는 다른 병소를 나타낸다. 제초제에 내성인 식물은 또한 제초제에 관용성이다.
식물의 생성
식물 종의 다양한 조직의 조직 배양 및 이로부터의 식물의 재생은 공지되어 있다. 예를 들어, 조직 배양에 의한 카눌라 품종의 증식은 임의의 하기에 기재되어 있지만, 임의의 하기로 제한되지는 않는다: Chuong et al., "A Simple Culture Method for Brassica hypocotyls Protoplasts," Plant Cell Reports 4:4-6, 1985; Barsby, T. L., et al., "A Rapid and Efficient Alternative Procedure for the Regeneration of Plants from Hypocotyl Protoplasts of Brassica napus," Plant Cell Reports (Spring, 1996); Kartha, K., et al., "In vitro Plant Formation from Stem Explants of Rape," Physiol. Plant, 31:217-220, 1974; Narasimhulu, S., et al., "Species Specific Shoot Regeneration Response of Cotyledonary Explants of Brassicas," Plant Cell Reports (Spring 1988); Swanson, E., "Microspore Culture in Brassica," Methods in Molecular Biology, Vol. 6, Chapter 17, p. 159, 1990.
품종의 추가의 재생은 조직 배양 및 재생에 의해 일어날 수 있다. 대두의 다양한 조직의 조직 배양 및 이로부터의 식물의 재생은 널리 공지되어 있고, 널리 공개되어 있다. 예를 들어, 문헌[Komatsuda, T. et al., "Genotype X Sucrose Interactions for Somatic Embryogenesis in Soybeans," Crop Sci. 31:333-337, 1991; Stephens, P. A., et al., "Agronomic Evaluation of Tissue-Culture-Derived Soybean Plants," Theor. Appl. Genet. 82:633-635, 1991; Komatsuda, T. et al., "Maturation and Germination of Somatic Embryos as Affected by Sucrose and Plant Growth Regulators in Soybeans Glycine gracilis Skvortz and Glycine max (L.) Merr." Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 28:103-113, 1992; Dhir, S. et al., "Regeneration of Fertile Plants from Protoplasts of Soybean (Glycine max L. Merr.); Genotypic 차이s in Culture Response," Plant Cell Reports 11:285-289, 1992; Pandey, P. et al., "Plant Regeneration from Leaf and Hypocotyl Explants of Glycine wightii (W. and A.) VERDC. var. longicauda," Japan J. Breed. 42:1-5, 1992; and Shetty, K., et al., "Stimulation of In Vitro Shoot Organogenesis in Glycine max (Merrill.) by Allantoin and Amides," Plant Science 81:245-251, 1992]을 참조할 수 있다. 1991년 6월 18일에 콜린스(Collins) 등에게 등록된 미국 특허 제5,024,944호 및 1991년 4월 16일에 란치(Ranch) 등에게 등록된 미국 특허 제5,008,200호의 개시내용은 본 명세서에 그 전문이 참조문헌으로 포함된다.
실시예
실시예 1: GRON 길이
솜머(Sommer) 등(Mol Biotechnol. 33:115-22, 2006)은 녹색 형광성 단백질(GFP) 변이체에서 청색 형광과 녹색 형광 사이를 전환시키는 단일 뉴클레오타이드 변화에 의존하는 생체내 유전자 전환의 검출을 위한 리포터 시스템을 기술한다. 이 리포터 시스템은 GRON 길이의 변형 이후의 GRON 전환의 효율을 평가하기 위해 모델 종으로서 아라비돕시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)를 사용하는 하기 실험에서의 사용을 위해 채택되었다.
간단히 말하면, 이 실시예 및 후속 실시예를 위해 청색 형광성 단백질 유전자의 다중 카피를 갖는 아라비돕시스 세포주를 당해 분야의 당업자에게 공지된 방법을 이용하여 생성하였다(예를 들어, 문헌[Clough and Brent, 1998] 참조). 뿌리 유래 분열 조직 배양을 프로토플라스트 단리 및 배양에 사용되는 이 세포주에 의해 확립하였다(예를 들어, 문헌[Mathur et al., 1995] 참조). 프로토플라스트로의 GRON 전달을 프로토플라스트로의 폴리에틸렌 글라이콜(PEG) 매개된 GRON 흡수를 통해 성취하였다. 문헌[Fujiwara and Kato(2007)]에 기재된 것과 유사한 96웰 포맷을 이용하는 방법을 이용하였다. 하기에 프로토콜이 간단히 기재되어 있다. 제공된 용적은 96웰 접시의 개별적인 웰에 적용된 것이다.
1. 96웰 플레이트의 각각의 웰에서 5x106개 세포/㎖로 6.25㎕의 GRON(80μM)을 25㎕의 아라비돕시스 BFP 형질전환 뿌리 분열 조직 유래 프로토플라스트와 혼합한다.
2. 31.25㎕의 40% PEG 용액을 첨가하고, 프로토플라스트를 혼합한다.
3. 처리된 세포를 얼음에서 30분 동안 항온처리한다.
4. 각각의 웰에 200㎕의 W5 용액을 첨가하고, 세포를 혼합한다.
5. 플레이트를 얼음에서 30분 동안 항온처리하여 프로토플라스트가 각각의 웰의 바닥에 침강하게 한다.
6. 침강된 프로토플라스트 위의 200㎕의 배지를 제거한다.
7. 85㎕의 배양 배지(MSAP, 문헌[Mathur et al., 1995] 참조)를 첨가한다.
8. 플레이트를 암소에서 실온에서 48시간 동안 항온처리한다. 배양 배지의 첨가 후 GRON의 최종 농도는 8μM이다.
GRON 전달 48시간 후, 샘플을 녹색 및 황색 형광이 대조군 프로토플라스트와 다른 프로토플라스트를 검출하기 위해 유세포 분석법에 의해 비교하였다(BFP0은 BFP 표적과 비교하여 변화가 없는 비표적화 GRON을 나타냄; C는 코딩 가닥 설계이고, NC는 비코딩 가닥 설계임). 단일 C에서 T의 뉴클레오타이드 차이(코딩 가닥) 또는 G에서 A의 뉴클레오타이드는 BFP4 분자의 중심에서 돌연변이(비코딩 가닥)를 표적화하였다. 녹색 형광은 BFP 유전자에서의 표적화된 돌연변이의 도입(GFP를 합성시킴)에 의해 생성되었다. 결과가 도 1에 도시되어 있다.
하기 표는 녹색 형광에 대한 청색 형광성 단백질(BFP) 유전자의 전환에 설계된 예시적인 101합체 및 201합체 BFP4/NC 5'-3PS/3'-3PS GRON의 서열을 보여준다. (3PS는 각각의 5' 및 3' 올리고 말단에서의 3개의 포스포티오에이트 연결을 나타낸다).
Figure pat00003
실시예 2: 5'Cy3/3'idC 표지된 GRON을 사용한 전환율
이 일련의 실험의 목적은 5'Cy3/3'idC 표지된 GRON에 대한 포스포티오에이트(PS) 표지된 GRON(GRON의 각각의 말단에서 3개의 PS 모이어티를 가짐)의 효율을 비교하는 것이다. 5'Cy3/3'idC 표지된 GRON은 5' Cy3 형광단(아미다이트) 및 3' idC 리버스 염기를 갖는다. 녹색 형광으로의 청색 형광성 단백질(BFP)의 전환을 이용하여 효율을 평가하였다.
개별적인 팔콘(Falcon) 관(표지된 "관") 또는 96웰 플레이트(표지된 "96웰 접시")에서 프로토플라스트로의 GRON의 PEG 전달에 의해 수행된 모든 3개의 실험에서, 세포계수에 의해 결정될 때 GFP로의 BFP의 전환 효율에서 상이한 GRON 화학물질 사이에 상당한 차이가 없었다(도 1).
실시예 3: 41합체 BFP4/NC 5'-3PS/3'-3PS GRON과 오카자키 단편 GRON의 비교
이 일련의 실험의 목적은 DNA 파괴를 유도하는 블레오마이신 패밀리의 구성원, 제오신(상표명)(1㎎/㎖)의 존재 및 부재 하의 "오카자키 단편 GRON"에 대한 GRON의 각각의 말단에서 3PS 모이어티를 갖는 포스포티오에이트(PS) 표지된 GRON의 전환 효율을 비교하는 것이다. 이 GRON의 설계는 도 2에 도시되어 있다. GRON을 PEG 처리에 의해 아라비돕시스 BFP 프로토플라스트로 전달하고, GFP로의 BFP의 전환율을 세포계수에 의해 처리 후 24시간에 결정하였다. 제오신(1㎎/㎖)으로 처리된 샘플을 PEG 처리 전에 90분 동안 얼음에서 제오신과 항온처리하였다.
일반적으로, 제오신(1㎎/㎖)의 존재는 세포계수에 의해 결정될 때 GFP로의 BFP의 전환을 증가시켰다(표 2). 제오신의 존재 및 부재 둘 다에서, GRON의 5' 말단에서 제1 RNA 염기에서 1개의 2'-O Me 기를 함유하는 NC 오카자키 GRON은 처음의 9개의 5' RNA 염기의 각각에서 1개의 2'-O Me 기를 함유하는 NC 오카자키 GRON과 비교하여 GFP로 BFP를 전환시키는 데 있어서 더 효율적이었다(도 2 및 표 2).
모든 실험에서, 세포계수에 의해 결정될 때 1㎎/㎖의 제오신의 존재 또는 부재 둘 다에서 GFP로의 BFP의 전환에서 처음의 5' RNA 염기에서 1개의 5' 2'-O Me 기를 함유하는 71합체 오카자키 단편 BFP4/NC GRON(BFP4 71합체(1) NC라 칭함)과 41합체 BFP4/NC 5'3PS/3'3PS 사이에 상당한 차이가 없었다(도 2 및 표 2). 제오신의 존재 하에(그리고 블레오마이신, 플레오마이신, 탤리소마이신, 펩레오마이신 및 이 항생제 패밀리의 다른 구성원에 예상된 바대로) 전환이 가닥 독립적이 된다는 것(즉, 이 실험에서 시험된 설계를 갖는 C 및 NC GRON 둘 다는 대략 동일한 활성을 나타냄)에 유의하는 것이 중요하다.
Figure pat00004
실시예 4: 41합체, 101합체와 201합체 BFP4/NC 5'-3PS/3'-3PS GRON의 비교
이 일련의 실험의 목적은 상이한 길이의 GRON(표 1에 기재된 41합체, 101합체 및 201합체)의 각각의 말단에서 3PS 모이어티를 갖는 포스포티오에이트(PS) 표지된 GRON의 (제오신의 존재 및 부재 하의) 전환 효율을 비교하는 것이다. 역시, 제오신(1㎎/㎖)의 존재는 세포계수로 결정될 때 GFP로의 BFP의 전환율을 증가시켰다(표 3). 모든 3개의 실험에서의 전체 경향은 제오신의 존재 및 부재 둘 다에서 NC GRON 길이 증가와 선형이다. 제오신의 존재 하의 BFP-4/NC/101 및 BFP-4/C/101을 제외하고, 이는 41합체 NC GRON과 동일에 가깝지만 더 낮은 전환율을 가졌다. 이는 BFP-4/41 코딩 및 비코딩 GRON이 사용되는 모든 이전의 실험과 반대이고, 비코딩은 코딩 GRON보다 항상 훨씬 우수하였다. 전환 빈도에서의 이 비대칭은 또한 이 실험 시리즈에서 사용된 BFP-4/201 GRON에 적용된다.
Figure pat00005
실시예 5: 식물에서 전환을 개선하기 위해 GRON과 조합된 CRISPR.
3개의 설계 성분은 CRISPR 복합체: Cas9, gRNA(가이드 RNA) 및 표적 구역(내인성 표적 유전자에서의 프로토-스페이서)을 조립할 때 고려되어야 한다.
Cas 9
- 각각 35S 또는 옥수수 유비퀴틴에 의해 추진된 아라비돕시스 또는 옥수수에 대한 코돈 최적화된 스트렙토코커스 피오겐스(Streptococcus pyogenes)로부터의 Cas9 유전자의 일시적 발현. 게네위즈(Genewiz) 또는 DNA 2.0에 의해 합성된 최적화된 유전자. NB는 애매한 인트론이 생성되지 않도록 보장해야 한다.
- G1155에 따른 RBCSE9 종결자
- C 말단 융합체로서의 단일 SV40 NLS(PKKRKV)
- 벡터 골격은 모든 본 발명의 일시적 발현 시스템 - G1155에 따를 것이다.
gRNA
- 문헌[Le Cong et al., 2013 및 Jinek et al., 2013]에 따른 키메라 tracrRNA - pre-creRNA를 사용할 것이 제시한다. LeCong 등이 네이티브 전장 tracr + pre-crRNA 복합체가 키메라 버전보다 훨씬 더 효과적으로 개열한다는 것을 밝혔다는 것에 유의한다. 옵션은 따라서 전장(89bp) tracrRNA를 사용하여 키메라를 만드는 것일 것이다.
- gRNA의 서열((N)20은 가이드 서열을 나타냄). 괄호의 서열은 전장 89bp 형태를 포함한다.
Figure pat00006
Cong 등으로부터의 하기 도면은 네이티브 복합체 및 키메라를 나타낸다:
Figure pat00007
- gRNA는 아라비돕시스(하기 제공된 서열)에서의 AtU6 RNA pol III 프로모터 하에 발현될 것이다. 옥수수에서, ZmU6 RNA pol III 프로모터가 사용될 수 있다. 이 선택은 문헌[Wang et al. 2008]에 기초한다.
- G1155에 따른 RBCSE9 종결자 또는 문헌[Wang et al. 2013]에 따른 T의 스트링 및 하기 기재된 1성분 접근법.
왕(Wang) 등으로부터의 U6 프로모터 서열에서
표적 구역
- 가이드 서열 특이성은 표적 구역 서열에 의해 한정된다. 모델 유기체의 선택과 무관하게, 이것은 BFP의 Y66H 좌위일 것이다. Y66H의 근처의 PAM(NGG) 서열은 유일한 설계 제한이다. 또한, 가이드 서열("시드 서열")의 3' 12bp에서 Y66H 위치를 포함하는 것은 보수가 성취되면 그 부위가 재절단되지 않는다는 것을 의미할 것이다.
Figure pat00008
Cas9 및 gRNA의 동시전달이 가능하게 하도록 G1155로부터의 명확한 벡터 골격이 필요할 것이다. 이러한 문제는 1성분 접근법에 의해 피해질 것이다:
1성분 접근법
Le Cong 등(2013)은 하기 기재된 바대로 pol III U6 프로모터에 의해 추진된, 단일 일시적 작제물로서 gRNA 및 Cas9 둘 다를 발현하는 단순한 접근법을 이용하였다. 이러한 방식으로, 소정의 작물의 경우, 가이드 삽입 서열을 단순히 스와핑(swapping)함으로써 다중 유전자가 표적화될 수 있다. 본 발명자들은 EF1α 프로모터를 작물에 적합한 것에 대해 대체할 것이다(At의 경우 pMAS, Zm의 경우 Ubi). 종결자의 경우, 본 발명자들은 RBCSE9를 이용할 것이다. 식물에서 사용된 NLS는 상기 기재된 바대로 단일 C 말단 SV40일 것이다.
하기 작제물에서 절두된 gRNA가 사용되고, 여기서 트레이서 RNA 구역이 포함되지 않는다는 것에 유의한다. 저자들은 인간에서 이것이 Cas9를 지시하는 데 전장 버전보다 덜 효과적이라는 것을 밝혔다. 따라서, 전장 gRNA가 여기서 사용되는 것이 제안된다. 특히, 효모에서 CRISPR를 사용하는 후속 종이에서, DiCarlo 등(2013)은 전장 버전을 이용하였다. 카세트는 G1155 배경으로 클로닝될 것이다.
Figure pat00009
키메라 crRNA에 대한 발현 벡터의 설계. 어닐링된 올리고뉴클레오타이드를 사용하여 2개의 BbsI 부위 사이에 가이드 서열을 삽입할 수 있다. 벡터는 이미 부분 직접 반복부(회색) 및 부분 tracrRNA(적색) 서열을 함유한다. WPRE, 마못 간염 바이러스 전사 후 조절 요소(Woodchuck hepatitis virus post transcriptional regulatory element).
생체내 검정
일시적 옵션
- 식물 내에서(in planta) 표적 인식 및 뉴클레아제 활성을 확인하는 일 접근법은 장(Zhang) 등(2013)이 TALEN에 대해 사용한 YFP 단일 가닥 어닐링 검정을 평가하는 것일 것이다. 스페이서 서열(표적 서열)과 PAM은 YFP 또는 동등한 유전자로 삽입될 필요가 있을 것이다.
일시적 옵션
- TALEN - BFP 시스템이 대조군으로서 사용될 수 있다.
- 상기 접근법이 소정의 스페이서 서열에 대한 소정의 CRISPR 시스템의 기능을 확인하기 위한 진행 중인 도구이지만, 식물에서의 CRISPR의 활성의 개념의 증거는 GFP 시스템을 사용하는 것일 것이다.
- 여기서, BFP→GFP에 이용된 설계는 G1155와 함께 GRON 없이 At로 동시형질전환될 수 있다. 절단이 충분히 효과적인 경우, GFP 발현의 감소가 명확할 수 있다. 이는 아마도 플라스미드 로딩의 최적화를 요구할 것이다.
- 활성이 확인되면, 게놈 BFP 표적은 가시적 및 서열 기반 판독에 의해 표적화될 것이다.
실험실내 검정
CRISPR 시스템의 활성을 신속히 확인하기 위해, 실험실내 검정은 문헌[Jinek et al 2012]에 기재된 바대로 이용될 수 있다. 여기서, 예비 제조된 및 정제된 S. 피오겐스 Cas9를 인식 서열을 함유하는 플라스미드 및 합성된 gRNA와 항온처리한다. 절단된 플라스미드를 살펴보기 위해 겔 전기영동에 의해 성공적인 개열을 분석하였다. 상세한 프로토콜:
플라스미드 DNA 개열 검정. 95℃로 가열하고 실온으로 천천히 냉각시킴으로써 반응 전에 합성 또는 실험실내 전사된 tracrRNA 및 crRNA를 예비 어닐링하였다. 네이티브 또는 제한 분해-선형화 플라스미드 DNA(300ng(약 8nM))를 10mM MgCl2와 함께 또는 이것 없이 Cas9 플라스미드 개열 완충제(20mM HEPES(pH 7.5), 150mM KCl, 0.5mM DTT, 0.1mM EDTA) 중에 정제된 Cas9 단백질(50-500nM) 및 tracrRNA:crRNA 듀플렉스(50-500nM, 1:1)와 37℃에서 60분 동안 항온처리하였다. 반응을 250mM EDTA를 함유하는 5X DNA 로딩 완충제에 의해 중지시키고, 0.8 또는 1% 아가로스 겔 전기영동에 의해 해상하고, 에티듐 브로마이드 염색에 의해 가시화하였다. Cas9 돌연변이체 개열 검정을 위해, 아가로스 겔로의 로딩 전에 반응을 5X SDS 로딩 완충제(30% 글라이세롤, 1.2% SDS, 250mM EDTA)에 의해 중지시켰다.
작물에서의 특질 표적
CRISPR 인식 서열의 가요성을 고려하여, 3' NGG PAM 서열에 의해 한정된 잠재적 프로토스페이서 서열을 확인하는 것이 어렵다.
ZmEPSPS
하기 실시예는 ZmEPSPS(여기서, T97 및 P101에서의 돌연변이가 글라이포세이트 관용성을 발생시키는 것으로 공지됨)의 촉매 부위에서의 DS 파괴를 생성하기 위해 적합한 프로토스페이서 서열(황색) 및 PAM(청색)을 나타낸다. 파괴의 후속하는 올리고 매개 보수(oligo-mediated repair: ODM)는 원하는 변화를 발생시킬 것이다.
Figure pat00010
하기 표는 관심 있는 작물에서의 관심 있는 유전자의 프로토스페이서 서열을 제공한다:
Figure pat00011
설계 구속의 제한은 ODM에 의해 변경되는 뉴클레오타이드의 12bp 내에 NGG 서열을 발견하는 것이 대개 어렵다는 것이다. 이것은 중요한데, 왜냐하면 이것은 프로토스페이서 시드 서열이 변경되므로 후속하는 절단이 가능하지 않다는 것을 성공적인 ODM이 의미하는 경우이기 때문이다. 문헌[Jinek et al. (2012)]은 이것이 절단 효율에 해롭다는 것을 나타낸다.
참조문헌
LeCong et al 2013 Science　: vol. 339 no. 6121 pp. 819-823.
Jinek et al 2012 Science.　 337:816-21
Wang et al 2008 RNA 14: 903-913
Zhang et al 2013. Plant Physiol. 161: 20-27
당해 분야의 당업자는 본 발명이 목적을 수행하고 언급된 목표 및 이점, 및 이 내에 고유한 것을 얻기 위해 매우 적합하다는 것을 용이하게 이해한다. 본 명세서에 제공된 예는 바람직한 실시형태를 대표하고, 예시적이고, 본 발명의 범위에 제한으로 의도되지 않는다.
본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 본 발명에 다양한 치환 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당해 분야의 당업자에게 용이하게 명확할 것이다.
본 명세서에 언급된 모든 특허 및 공보는 본 발명이 속하는 분야의 당업자의 수준을 나타낸다. 모든 특허 및 공보는, 각각의 개별적인 공보가 참조문헌으로 포함된 것으로 구체적으로 및 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로, 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다.
본 명세서에 예시적으로 기재된 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 부재 또는 부재들, 제한 또는 제한들의 부재 하에 적합하게 실행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 각각의 경우에 본 명세서에 임의의 용어 "포함하는", "본질적으로 이루어진" 및 "이루어진"은 다른 2개의 용어 중 하나에 의해 대체될 수 있다. 이용되는 용어 및 표현은 제한이 아니라 설명의 면으로 이용되고, 이러한 용어 및 표현의 사용에서 도시되고 기재된 특징 또는 이의 일부의 임의의 등가물을 배제하고자 의도되지 않지만, 다양한 변형이 청구된 본 발명의 범위 내에 가능하다고 인식된다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시형태 및 임의의 특징에 의해 구체적으로 개시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 개념의 변형 및 변경이 당해 분야의 당업자에 의해 재분류될 수 있고, 이러한 변형 및 변경이 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바대로, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 생각되는 것으로 이해되어야 한다.
다른 실시형태는 하기 청구범위 내에 기재되어 있다.
SEQUENCE LISTING <110> CIBUS US LLC CIBUS EUROPE B.V. <120> METHODS AND COMPOSITIONS FOR INCREASING EFFICIENCY OF TARGETED GENE MODIFICATION USING OLIGONUCLEOTIDE-MEDIATED GENE REPAIR <130> WO2014/144951 <140> PCT/US2014/029566 <141> 2014-03-14 <150> US 61/801,333 <151> 2013-03-15 <160> 38 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 99 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (96)..(99) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 1 gtcgtgctgc ttcatgtggc ggggtagcgg ctgaagcact gcacgccgta ggtgaaggtg 60 gtcacgaggg tgggccaggc acgggcagct tgccggtgg 99 <210> 2 <211> 101 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (98)..(101) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 2 gtcgtgctgc ttcatgtggt cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt gggtgaaggt 60 ggtcacgagg gtgggccagg gcacgggcag cttgccggtg g 101 <210> 3 <211> 101 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (98)..(101) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 3 ccaccggcaa gctgcccgtg ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc tacggcgtgc 60 agtgcttcag ccgctacccc gaccacatga agcagcacga c 101 <210> 4 <211> 101 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (98)..(101) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 4 ccaccggcaa gctgcccgtg ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc cacggcgtgc 60 agtgcttcag ccgctacccc gaccacatga agcagcacga c 101 <210> 5 <211> 201 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (198)..(201) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 5 aagatggtgc gctcctggac gtagccttcg ggcatggcgg acttgaagaa gtcgtgctgc 60 ttcatgtggt cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt aggtgaaggt ggtcacgagg 120 gtgggccagg gcacgggcag cttgccggtg gtgcagatga acttcagggt cagcttgccg 180 taggtggcat cgccctcgcc c 201 <210> 6 <211> 201 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (198)..(201) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 6 aagatggtgc gctcctggac gtagccttcg ggcatggcgg acttgaagaa gtcgtgctgc 60 ttcatgtggt cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt gggtgaaggt ggtcacgagg 120 gtgggccagg gcacgggcag cttgccggtg gtgcagatga acttcagggt cagcttgccg 180 taggtggcat cgccctcgcc c 201 <210> 7 <211> 201 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (198)..(201) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 7 gggcgagggc gatgccacct acggcaagct gaccctgaag ttcatctgca ccaccggcaa 60 gctgcccgtg ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc tacggcgtgc agtgcttcag 120 ccgctacccc gaccacatga agcagcacga cttcttcaag tccgccatgc ccgaaggcta 180 cgtccaggag cgcaccatct t 201 <210> 8 <211> 201 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> misc_feature <222> (1)..(4) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <220> <221> misc_feature <222> (198)..(201) <223> Phosphothioate linkage between nucleotides <400> 8 gggcgagggc gatgccacct acggcaagct gaccctgaag ttcatctgca ccaccggcaa 60 gctgcccgtg ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc cacggcgtgc agtgcttcag 120 ccgctacccc gaccacatga agcagcacga cttcttcaag tccgccatgc ccgaaggcta 180 cgtccaggag cgcaccatct t 201 <210> 9 <211> 6 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic peptide <400> 9 Pro Lys Lys Arg Lys Val 1 5 <210> 10 <211> 110 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polynucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(20) <223> a, c, t, g, unknown or other <400> 10 nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn gttttagagc tagaaatagc aagttaaaat aaggctagtc 60 cgttatgttc ttgaaaaaag tgagtggcac cgagtcggtg gtgctttttt 110 <210> 11 <211> 48 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (3)..(32) <223> a, c, u, g, unknown or other <400> 11 acnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnguuuuaga gcuaugcu 48 <210> 12 <211> 67 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <400> 12 agcauagcaa guuaaaauaa ggctaguccg uuaucaacuu gaaaaagugg caccgagucg 60 gugcuuu 67 <210> 13 <211> 62 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(20) <223> a, c, u, g, unknown or other <400> 13 nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn guuuuagagc uagaaauagc aaguuaaaau aaggcuaguc 60 cg 62 <210> 14 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 14 tcgtgaccac cttcacccac ggc 23 <210> 15 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic peptide <400> 15 Gly Val Thr Thr Phe Thr Tyr 1 5 <210> 16 <211> 84 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 16 gtggaaagga cgaaacaccg ggtcttcgag aagacctgtt ttagagctag aaatagcaag 60 ttaaaataag gctagtccgt tttt 84 <210> 17 <211> 84 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 17 aaaaacggac tagccttatt ttaacttgct atttctagct ctaaaacagg tcttctcgaa 60 gacccggtgt ttcgtccttt ccac 84 <210> 18 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (6)..(24) <223> a, c, t, g, unknown or other <400> 18 caccgnnnnn nnnnnnnnnn nnnn 24 <210> 19 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (5)..(23) <223> a, c, t, g, unknown or other <400> 19 aaacnnnnnn nnnnnnnnnn nnnc 24 <210> 20 <211> 11 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic peptide <400> 20 Thr Ala Met Arg Pro Leu Thr Val Ala Ala Val 1 5 10 <210> 21 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 21 actgcaatgc ggccattgac agcagctgtt actgctgctg g 41 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 22 ccgctgccgt tactgctgca 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 23 cggctgcagt tactgctgct 20 <210> 24 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 24 ccgctgcagt tactgctgca 20 <210> 25 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 25 ccgctgcagt tacagctgca 20 <210> 26 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 26 cagctgctgt aacagccgct 20 <210> 27 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 27 cagcagcagt tgctgtagct 20 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 28 cagcagcagt tacagtagct 20 <210> 29 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 29 tgcgcctcgc tttgtcttgt 20 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <400> 30 attttacagg tgtttacgcc 20 <210> 31 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(1) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 31 uucauguggu cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt aggtgaaggt ggtcacgagg 60 gtgggccagg g 71 <210> 32 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(1) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 32 uucauguggu cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt gggtgaaggt ggtcacgagg 60 gtgggccagg g 71 <210> 33 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(1) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 33 gcugcccgug ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc tacggcgtgc agtgcttcag 60 ccgctacccc g 71 <210> 34 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(1) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 34 gcugcccgug ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc cacggcgtgc agtgcttcag 60 ccgctacccc g 71 <210> 35 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(9) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 35 uucauguggu cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt aggtgaaggt ggtcacgagg 60 gtgggccagg g 71 <210> 36 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(9) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 36 uucauguggu cggggtagcg gctgaagcac tgcacgccgt gggtgaaggt ggtcacgagg 60 gtgggccagg g 71 <210> 37 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(9) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 37 gcugcccgug ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc tacggcgtgc agtgcttcag 60 ccgctacccc g 71 <210> 38 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic oligonucleotide <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: Synthetic oligonucleotide <220> <221> modified_base <222> (1)..(9) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <220> <221> modified_base <222> (11)..(71) <223> 2'-O-Me modified nucleotide <400> 38 gcugcccgug ccctggccca ccctcgtgac caccttcacc cacggcgtgc agtgcttcag 60 ccgctacccc g 71

Claims (1)

  1. 단일 또는 이중 나선 DNA 절단을 유도하는 TALEN 및 GRON(gene repair oligonucleobase)를 식물 세포에 전달하는 것을 포함하는, GRON 매개 돌연변이를 식물세포 내 표적 데옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid: DNA) 서열로 도입하는 방법으로서,
    여기서, 상기 GRON은 표적 DNA 서열에 혼성화하여 미스매치된 염기쌍 (들)을 생성하여 상기 미스매치된 염기쌍 (들)이 생성된 부위로 세포의 유전자 보수 시스템을 유인하는 신호로서 작용하며, 표적 DNA 서열 내의 지정된 뉴클레오티드 (들)이 세포의 유전자 보수 시스템에 의해 보정된 후 분해되고,
    상기 GRON은 일반적인 RNA 및 DNA 뉴클레오타이드로부터 그 5' 또는 3' 말단에서,
    5' 말단에서의 하나 이상의 2'-O-메틸 뉴클레오타이드 또는 2'-O-(2-메톡시에틸) 뉴클레오타이드; 및
    5' 말단, 3' 말단, 또는 5' 말단 및 3' 말단에서의 세 포스포티오에이트 인터뉴클레오티드 연결;로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 변형을 포함하는, 방법.
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