KR20220147264A - Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Method for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same - Google Patents

Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Method for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same Download PDF

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KR20220147264A
KR20220147264A KR1020210054168A KR20210054168A KR20220147264A KR 20220147264 A KR20220147264 A KR 20220147264A KR 1020210054168 A KR1020210054168 A KR 1020210054168A KR 20210054168 A KR20210054168 A KR 20210054168A KR 20220147264 A KR20220147264 A KR 20220147264A
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엄숭호
오성
안소연
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프로지니어 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a nucleic acid template for producing nucleic acid hydrogel and nucleic acid hydrogel using the same. The nucleic acid template for producing nucleic acid hydrogel according to the present invention overcomes the limitation of high costs and a low yield in a currently existing extracellular/intracellular nucleic acid synthesis method, in particular synthesis of RNA and stabilizes the nucleic acid through conversion of the nucleic acid synthesized by using the template into hydrogel, thereby being capable of being useful in a field of a functional RNA-based technology. In particular, the nucleic acid template for producing nucleic acid hydrogel according to the present invention can synthesize nucleic acid hydrogel at low costs with high yields through a circulating nucleic acid synthesis method such as rolling circle amplification (RCA) or rolling circle transcription (RCT). The nucleic acid hydrogel produced with the template of the present invention is very stable due to its unique physical properties and exhibits various characteristics depending on the crosslinking sequence, so that depending on the selection of the crosslinking sequence, the nucleic acid hydrogel can be selected and used very usefully in various industrial fields. In particular, the nucleic acid hydrogel can not only be useful for cell-based or cell-free synthesis of peptides, which requires large-scale synthesis of nucleic acids, but can also be useful in various fields such as biological and medical applications due to high water content, advantageous structural characteristics, and high biocompatibility thereof.

Description

다양한 핵산가교서열 기반의 핵산 하이드로겔의 생산용 템플릿 및 이를 이용한 핵산 하이드로겔의 제조방법 {Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Method for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same}Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Method for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same}

본 발명은 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿 및 이를 이용한 핵산 하이드로겔에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿, 상기 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nucleic acid template for production of a nucleic acid hydrogel and a nucleic acid hydrogel using the same, and more particularly, a nucleic acid template for production of a nucleic acid hydrogel comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence, and the nucleic acid template as a template It relates to a method for producing a nucleic acid hydrogel, characterized in that for synthesizing a nucleic acid.

센트럴 도그마(Central dogma)는 1956년 영국의 분자생물학자 크릭(Francis Crick)에 의해 입증 및 명명된 유전정보의 흐름 경로를 의미하는 것으로서, DNA의 복제(replication), DNA에서 RNA로의 전사(transcription), 및 RNA에서 단백질로 번역(translation)을 포함한다. 초기 개념은, DNA에서 단백질로 발현되는 흐름을 의미하였으나, 현재의 센트럴 도그마는 RNA에서 DNA로의 역전사(reverse transcription)를 포함하고, RNA의 단백질 코딩 기능 이외의 다양한 기능이 입증되면서, 유전정보의 기능 및 흐름을 모두 포괄하는 개념으로 확장되었다. 유전정보의 흐름 및 센트럴 도그마의 구성의 기능에 대한 연구가 지속되면서, 센트럴 도그마의 각 단계의 관점에서 핵산(DNA 및 RNA 등) 및 단백질(펩타이드)의 합성기술이 생명과학, 의학, 대체 에너지 산업에 중대한 영향을 미치는 가장 원천적인 기술로서 연구 및 발전되어 왔다.Central dogma refers to a flow path of genetic information that was identified and named by British molecular biologist Francis Crick in 1956. DNA replication, DNA to RNA transcription , and RNA to protein translation. The initial concept meant the flow of expression from DNA to protein, but the current central dogma includes reverse transcription from RNA to DNA, and as various functions other than the protein coding function of RNA have been demonstrated, the function of genetic information and a concept that encompasses both flows. As research on the flow of genetic information and the function of the composition of the central dogma continues, the synthesis technology of nucleic acids (DNA and RNA, etc.) and proteins (peptides) from the perspective of each stage of the central dogma has been developed in the life sciences, medicine, and alternative energy industries. It has been researched and developed as the most fundamental technology that has a significant impact on

기존의 유전자 합성 기술에서는 특정 유전자의 정확한 핵산 염기서열을 짧은 올리고뉴클레오티드로 나누어 합성한 뒤 이를 연결하는 방법이 이용되고 있는데, 이는 올리고뉴클레오티드의 합성, 올리고뉴클레오티드의 조립(assembly)을 통한 유전자의 합성, 핵산 염기서열 분석 시 발생하는 여러 요인의 에러를 찾아 정확한 염기서열 분석을 하기 어렵고, 특정 핵산 염기서열의 유전자만을 한 번에 한 종류만 합성할 수 있다는 단점이 있다(Mol Biosyst. 2009 Jul;5(7):714-22. doi:10.1039/b822268c. Epub 2009 Apr 6.).In the existing gene synthesis technology, a method of synthesizing the precise nucleic acid sequence of a specific gene into short oligonucleotides and linking them is used. There are disadvantages in that it is difficult to perform an accurate sequencing analysis by finding errors of various factors that occur during nucleic acid sequencing, and only one type of gene of a specific nucleic acid sequence can be synthesized at a time (Mol Biosyst. 2009 Jul; 5 (Mol Biosyst. 2009 Jul; 5). 7):714-22.doi:10.1039/b822268c.Epub 2009 Apr 6.).

현재 DNA 합성에 사용되는 기술로는 주로 PCR 및 박테리아 및 다른 세포 공급원으로부터의 전형적인 플라스미드 정제 과정 등이 있다. 박테리아 및 다른 세포에서 플라스미드를 정제하는 방법은 시간적/인적/경제적 비용이 많이 발생하며, 시험관 내 증폭인 PCR은 빠른 열 순환에 의존하며, 이는 대량 사용시에 비실용적이라는 단점이 있다. Techniques currently used for DNA synthesis mainly include PCR and typical plasmid purification procedures from bacterial and other cellular sources. Methods for purifying plasmids from bacteria and other cells are expensive in time/human/economical, and PCR, which is in vitro amplification, relies on rapid thermal cycling, which is impractical for large-scale use.

DNA와 달리, 기능적 단일-가닥 (예를 들어 mRNA) 및 이중-가닥 RNA 분자는 살아있는 세포에서 및 정제된 재조합 효소 및 정제된 뉴클레오티드 트리포스페이트를 사용하여 시험관 내에서 생산되었다 (유럽 특허 제1631675호 및 미국 특허 출원 공개 제2014/0271559 A1호 참조). 그럼에도 불구하고, 광범위한 상업적 적용을 가능하게 하는 규모에서의 RNA의 생산은 과도한 비용을 필요로 한다. 최근 RNA 기반의 개발 응용품들 (예, RNA 기반 백신, siRNA 혹은 RNAzyme의 치료제 혹은 miRNA 혹은 piwi RNA 기반의 진단플랫폼 등)이 다양한 분야, 특히 의약학 분야에서 새롭게 태동하여 기존 DNA와 단백질을 대신하며 활발히 이용되고 있다. 생물학을 유지하는 중심이론(central dogma)에 따라 DNA에서 RNA를 거쳐 최종 단백질로 생산된다. RNA는 DNA나 단백질과 비교하면 수초 혹은 수분의 매우 짧은 유지력을 가지고 있으나 그 내부에는 DNA 유전체 암호와 단백질의 독특한 기능성을 동시에 가지고 있어서 그 잠재적 응용력이 크다. 이와 같이, RNA의 가능성이 조명되며 이를 상업적으로 이용하기 위한 다양한 생물학적 기술들이 난무하나 세포 속 RNA를 추출하거나 화학적 기술들로 합성하는데 기술적으로 비용적으로 매우 큰 어려움이 있다. 예를 들어, 세포 내 RNA의 분해 속도가 DNA에 비해 빨라서 추출이나 보관이 어려우며, 현재 화학적 합성기술로는 50 염기 길이 이상을 합성하는 것이 어렵고 성공하여도 그 수율이 매우 낮은 실정이다. 현재의 RNA 생산 방법은 세포 내 배양과 화학적 합성으로 나누어 지는데, 두 가지 모두 고비용과 저수율로 인하여 RNA의 우수한 응용성에도 불구하고 그 한계가 끊임없이 지적되고 있다.In contrast to DNA, functional single-stranded (e.g. mRNA) and double-stranded RNA molecules have been produced in living cells and in vitro using purified recombinant enzymes and purified nucleotide triphosphates (EP 1631675 and See US Patent Application Publication No. 2014/0271559 A1). Nevertheless, the production of RNA on a scale that allows for a wide range of commercial applications requires excessive costs. Recently, RNA-based development applications (e.g., RNA-based vaccines, siRNA or RNAzyme therapeutics, or miRNA or piwi RNA-based diagnostic platforms, etc.) is being used According to the central dogma that sustains biology, it is produced from DNA to RNA to the final protein. RNA has a very short retention of a few seconds or minutes compared to DNA or protein, but it has a DNA genome code and a unique function of a protein at the same time, so its potential application is great. As such, the potential of RNA is illuminated, and various biological techniques for commercial use are plentiful, but there is a technically and costly very difficult in extracting RNA in cells or synthesizing it by chemical techniques. For example, it is difficult to extract or store RNA because the degradation rate of intracellular RNA is faster than that of DNA, and it is difficult to synthesize more than 50 bases in length with current chemical synthesis technology, and even if successful, the yield is very low. Current RNA production methods are divided into intracellular culture and chemical synthesis, both of which have limitations in spite of excellent applications of RNA due to high cost and low yield.

하이드로겔은 수용성 매체를 호스팅하는 초분자 조립체로, 액체의 용질 운반 특성 및 고체의 기계적 특성을 모두 가지는 것을 특징으로 한다. 하이드로겔은 높은 수분 함량, 유리한 구조적 특징 및 높은 생체적합성으로 특히 생물학적, 의학적 용도로 유용하게 사용될 수 있다. 상기한 핵산을 겔화하여 수득한 핵산 하이드로겔은 핵산의 불안정성 등을 극복하는 유력한 수단으로 그 유용성이 부각되고 있으나, 핵산의 하이드로겔을 생산하기 위한 기존의 공유결합 가교형성과 같은 방법은 복잡한 절차를 필요로 하여 그 비용 대비 수율이 현저히 낮다는 단점이 있다. 따라서, 핵산 하이드로겔은 다양한 산업분야에의 유용성에도 불구하고, 상용화단계에 이르지 못하고 있다.A hydrogel is a supramolecular assembly hosting an aqueous medium, and is characterized by having both the solute transport properties of a liquid and the mechanical properties of a solid. Hydrogels can be particularly useful for biological and medical applications due to their high water content, advantageous structural features and high biocompatibility. The nucleic acid hydrogel obtained by gelling the above nucleic acid has been highlighted for its usefulness as a powerful means of overcoming the instability of nucleic acid, etc., but the existing method such as covalent crosslinking for producing a hydrogel of nucleic acid requires a complicated procedure. There is a disadvantage in that the yield is significantly low compared to the cost. Therefore, despite its usefulness in various industrial fields, the nucleic acid hydrogel has not reached the commercialization stage.

본 발명자들은 이러한 배경기술 아래에서, G-사중합체(G-quadruplex) 모티프 서열에 상보적인 서열을 포함하는 핵산을 템플릿으로 사용하는 원형 순환 전사(Rolling circle transcription: RCT)를 기반의 하이드로겔화 핵산의 생산 방법 및 상기 방법으로 제조된 하이드로겔화 핵산을 사용한 단백질 생산 시스템을 발명하고, 특허출원한 바 있다(대한민국 특허출원 제10-2019-0136416호, 미공개). The present inventors, under this background, using a nucleic acid containing a sequence complementary to a G-quadruplex motif sequence as a template Rolling circle transcription (RCT)-based hydrogelling nucleic acid A production method and a protein production system using the hydrogelled nucleic acid prepared by the method were invented and applied for a patent (Korean Patent Application No. 10-2019-0136416, unpublished).

G-사중합체 기반의 핵산 하이드로겔에서 나아가, 본 발명자들은 G-사중합체 모티프 서열 이외에 핵산 하이드로겔을 형성할 수 있는 다양한 종류의 서열을 확보하여, 다양한 기계적/기능적 특성을 갖는 핵산 하이드로겔의 제조방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 자연계에 존재하거나 또는 압타머 (aptamer)로써 사용되던 2차 구조를 형성하는 것으로 알려진 가교 서열 중 Prion, BYDV 또는 i-motif 형성 서열을 포함하는 핵산이 자가조립을 통해 하이드로겔화 되는 것을 확인하였으며, 기존 본 발명자의 발명인 G-사중합체 기반의 핵산 하이드로겔보다도 높은 안정성을 나타내며 상이한 물리적 특성을 나타내는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.In addition to the G-tetrapolymer-based nucleic acid hydrogel, the present inventors secured various types of sequences capable of forming a nucleic acid hydrogel in addition to the G-tetrapolymer motif sequence, thereby preparing a nucleic acid hydrogel having various mechanical/functional properties As a result of diligent efforts to develop a method, a nucleic acid containing a Prion, BYDV or i-motif forming sequence among the crosslinking sequences known to form a secondary structure that exists in nature or used as an aptamer has been developed through self-assembly. It was confirmed that it is hydrogelled, and it was confirmed that it exhibits higher stability than the present inventor's G-tetrapolymer-based nucleic acid hydrogel, which is the present inventor's invention, and exhibits different physical properties, and completed the present invention.

본 배경기술 부분에 기재된 상기 정보는 오직 본 발명의 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것이며, 이에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 이미 알려진 선행기술을 형성하는 정보를 포함하지 않을 수 있다.The above information described in the background section is only for improving the understanding of the background of the present invention, and it does not include information forming the prior art known to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. it may not be

본 발명의 목적은 핵산 하이드로겔의 제조를 위한 핵산 템플릿을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a nucleic acid template for the preparation of a nucleic acid hydrogel.

본 발명의 다른 목적은 상기 핵산 템플릿을 포함하는 핵산 하이드로겔의 생산용 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for producing a nucleic acid hydrogel comprising the nucleic acid template.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 핵산 템플릿을 사용하여, 핵산 하이드로겔을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a nucleic acid hydrogel using the nucleic acid template.

본 발명의 또 다른 목적은 핵산가교서열이 자가 조립되어 형성되는 핵산 하이드로겔을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a nucleic acid hydrogel formed by self-assembly of a nucleic acid crosslinking sequence.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 하이드로겔화 핵산의 생산용 핵산 템플릿을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a nucleic acid template for the production of a hydrogelled nucleic acid comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence.

본 발명은 또한, 상기 핵산 템플릿을 포함하는 핵산 하이드로겔의 생산용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for producing a nucleic acid hydrogel comprising the nucleic acid template.

본 발명은 또한, 상기 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a nucleic acid hydrogel comprising the step of synthesizing a nucleic acid using the nucleic acid template as a template.

본 발명은 또한, 상기 제조방법으로 제조된 핵산 하이드로겔을 제공한다.The present invention also provides a nucleic acid hydrogel prepared by the above preparation method.

본 발명은 또한, 핵산가교서열이 자가 조립되어 형성되는 핵산 하이드로겔을 제공한다.The present invention also provides a nucleic acid hydrogel formed by self-assembly of a nucleic acid crosslinking sequence.

본 발명의 하이드로겔화 핵산 생산용 핵산 템플릿은 현재 존재하는 세포 내/외 핵산 합성방법, 특히 RNA의 합성에 있어서 고비용 및 저수율의 한계를 극복하고, 이를 주형으로 합성된 핵산의 하이드로겔화로 인해 핵산을 안정화하여, 기능성 RNA 기반의 기술 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 핵산 하이드로겔의 생산용 템플릿은 원형 순환증폭(RCA) 또는 원형 순환전사(RCT)와 같은 순환적 핵산 합성 방법을 통해 핵산 하이드로겔을 저비용 고수율로 합성이 가능하다. 본 발명의 템플릿으로 제조된 핵산 하이드로겔은 그 특유의 물리적 특성으로 인해 매우 안정적이며, 하이드로겔이 사용되는 다양한 산업분야에 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 핵산의 대량 합성이 요구되는 펩타이드의 세포기반 또는 무세포 기반 합성 등에 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 높은 수분 함량, 유리한 구조적 특징 및 높은 생체적합성으로 생물학적, 의학적 용도 등 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.The nucleic acid template for the production of hydrogelled nucleic acids of the present invention overcomes the limitations of high cost and low yield in the existing intracellular/extracellular nucleic acid synthesis methods, particularly RNA synthesis, and produces nucleic acids due to hydrogelation of nucleic acids synthesized as templates. By stabilizing it, it can be usefully used in functional RNA-based technical fields. In particular, the template for the production of a nucleic acid hydrogel of the present invention can synthesize a nucleic acid hydrogel in a low cost and high yield through a cyclic nucleic acid synthesis method such as circular cyclic amplification (RCA) or circular cyclic transcription (RCT). The nucleic acid hydrogel prepared from the template of the present invention is very stable due to its unique physical properties, and can be very usefully used in various industrial fields where the hydrogel is used. In particular, it can be usefully used for cell-based or cell-free synthesis of peptides requiring mass synthesis of nucleic acids, and can be usefully used in various fields such as biological and medical applications due to its high water content, advantageous structural characteristics and high biocompatibility. can

도 1은 다양한 한 쌍의 가교 서열이 다양한 길이의 스페이서를 사이에 둘 때 가교 서열 쌍 간의 RNA 2차 구조(상단) 및 깁스 자유 에너지 (Gibb's free energy)(하단)를 나타낸 것이다.
도 2는 각 템플릿 DNA의 원형 순환 전사를 위한 원형 템플릿 생성 과정을 확인한 전기영동 결과이다(2a:BYDV-m, 2b:Prion-m, 2c:i-motif). 원형 템플릿을 완성해주는 라이게이션 (ligation) 과정 후 전기영동 상 DNA 구조체 밴드 위치의 변화(shift)는 점으로부터 성공적으로 라이게이션이 일어났음을 나타낸다.
도 3은 다양한 가교 서열이 스페이서가 있는 원형 순환 전사를 통해 겔을 생성한 이미지이다.
도 4는 다양한 가교 서열로부터 만들어진 겔 생성 강도를 확인하기 위해 AFM (atomic force microscopy) nanoindentation을 통해 얻은 indentation-force (load) 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 지시된 농도의 템플릿을 사용하는 경우의 겔의 단백질 발현용액 내 안정성을 확인한 결과이다. 진한 붉은 색 일수록 단단한 겔을 의미하며, 노란색은 겔이 해체됨을 나타낸다.
도 6은 i1, i2, i3, i4을 핵산가교서열로 사용한 경우의 겔을 SYBR green II 염색으로 확인한 결과(상단) 및 핵산가교서열에 따른 RNA 생성량(하단)을 나타낸 것이다.
도 7은 1 wt%의 400 Da PEG, 35 kDa PEG를 원형 순환 전사 과정과 함께 (pre-treated) 및 후에 (post-treated) 처리하여 겔의 생성을 확인한 결과이다.
도 8은 35 kDa PEG로 후처리된 RNA 겔의 UV 분광분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 PEG 처리 유무에 따른 10% FBS (fetal bovine serum) 상의 핵산하이드로겔의 안정성을 평가한 결과이다.
1 shows the RNA secondary structure (top) and Gibb's free energy (bottom) between pairs of bridging sequences when various pairs of bridging sequences have spacers of various lengths interposed therebetween.
2 is an electrophoresis result confirming the circular template generation process for circular circular transcription of each template DNA (2a:BYDV-m, 2b:Prion-m, 2c:i-motif). After the ligation process to complete the circular template, the shift of the DNA structure band position on the electrophoresis indicates that ligation has occurred successfully from the point.
Fig. 3 is an image in which various cross-linking sequences generated gels through circular circular transcription with spacers.
4 shows an indentation-force (load) graph obtained through atomic force microscopy (AFM) nanoindentation to confirm the strength of gel formation made from various cross-linking sequences.
5 is a result of confirming the stability of the gel protein expression solution in the case of using a template of the indicated concentration. A darker red color means a harder gel, and a yellow color means the gel is disintegrated.
6 shows the results (upper) and the amount of RNA produced according to the nucleic acid cross-linking sequence (lower) of the gel when i1, i2, i3, and i4 were used as nucleic acid crosslinking sequences by SYBR green II staining.
7 is a result confirming the generation of a gel by treating 1 wt% of 400 Da PEG and 35 kDa PEG together with (pre-treated) and after (post-treated) the circular cyclic transcription process.
8 shows the results of UV spectroscopy of RNA gel post-treated with 35 kDa PEG.
9 is a result of evaluating the stability of the nucleic acid hydrogel in 10% FBS (fetal bovine serum) with or without PEG treatment.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다. 본 명세서에 기재된 모든 염기서열은 5'말단에서 3'말단으로 작성하였다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art. All nucleotide sequences described in this specification were written from the 5' end to the 3' end.

현재 대부분의 RNA는 세포 내에서 추출하고 정제하여 사용하고 있으며, 현재 방법으로는 빠른 분해 속도 때문에 적정의 RNA 필요량을 얻기가 쉽지 않고 후반 정제 공정이 매우 복잡하여 낮은 수율과 고비용이 큰 단점이다. RNA 하이드로겔은 그 특유의 구조로 인한 안정성 때문에, RNA가 갖는 단점을 극복할 수 있다는 장점이 있으나, 복잡한 생산 절차에도 불구하고 그 수율이 매우 낮으며, 현재 보고된 제조방법에 의해 제조된 핵산 하이드로겔은 그 안정성, 기계적 특성 및 기능적 특성 또한, 실제 산업에 활용되기에 부족하고, 기존의 생산 방법으로는 핵산 하이드로겔의 안정성, 기계적 특성 및 기능적 특성을 용이하게 조절하기도 어렵다.Currently, most RNA is extracted and purified in cells, and with the current method, it is not easy to obtain an appropriate amount of RNA due to a fast degradation rate, and the post-purification process is very complicated, resulting in low yield and high cost. RNA hydrogel has the advantage that it can overcome the disadvantages of RNA because of its stability due to its unique structure, but its yield is very low despite the complicated production procedure, and the nucleic acid hydrogel prepared by the currently reported manufacturing method The stability, mechanical properties and functional properties of the gel are also insufficient to be utilized in actual industry, and it is difficult to easily control the stability, mechanical properties and functional properties of the nucleic acid hydrogel using the existing production method.

이에 본 발명자들은 본 발명의 일 실시예에서, 생명체 내에서 2차 구조를 형성하는 것으로 알려진 다양한 가교 서열(을 통해 핵산의 하이드로겔화가 가능한지 확인하기 위해, 가교 서열에 상보적인 서열을 포함하는 핵산 템플릿을 설계하였으며, 상기 핵산 템플릿을 주형으로 전사하여 생성된 핵산에 포함된 가교서열의 자가 조립에 의해 RNA 하이드로겔이 형성되는 것을 확인하였다. 특히, 본 발명의 실시예에서 확인한 가교 서열들은 기존의 본 발명자들의 발명인 G-사중합체 기반의 핵산 하이드로겔보다도 뛰어난 안정성을 나타내는 것을 확인하였다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, the present inventors have proposed a nucleic acid template comprising a sequence complementary to a crosslinking sequence to determine whether hydrogelation of nucleic acids is possible through various crosslinking sequences known to form secondary structures in living organisms. was designed, and it was confirmed that the RNA hydrogel was formed by self-assembly of the cross-linking sequence included in the nucleic acid produced by transcription of the nucleic acid template as a template. It was confirmed that the inventors' invention exhibits superior stability than the G-tetrapolymer-based nucleic acid hydrogel.

본 발명의 실시예에서는 상기 핵산 템플릿을 주형으로 전사하여 생성된 RNA 가닥에 포함된 가교서열(Prion, BYDV, i-motif 형성 서열 및 이의 변이체)이 자가 조립을 통해 핵산 하이드로겔이 생성되는 것을 확인하였다. 본 발명에서, 핵산 가닥에 포함된 반복된 가교서열은 핵산 하이드로겔의 조립에 중요한 역할을 미치며, 상기 핵산 템플릿을 주형으로 전사하는 경우뿐만 아니라, 복제 또는 증폭을 수행하는 경우에 형성되는 DNA 가닥 또한 이에 포함되는 가교서열에 의해 하이드로겔화 할 수 있음은 본 발명의 기재내용 및 실시예를 통해 자명하게 이해될 수 있다.In an embodiment of the present invention, it is confirmed that a nucleic acid hydrogel is generated through self-assembly of crosslinking sequences (Prion, BYDV, i-motif forming sequences and variants thereof) included in the RNA strand generated by transcription of the nucleic acid template as a template. did. In the present invention, the repeated crosslinking sequence included in the nucleic acid strand plays an important role in the assembly of the nucleic acid hydrogel, and the DNA strand formed when the nucleic acid template is transcribed as a template as well as replication or amplification is performed. It can be clearly understood through the description and examples of the present invention that hydrogelation can be achieved by the crosslinking sequence included therein.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿에 관한 것이다.Accordingly, in one aspect, the present invention relates to a nucleic acid template for production of a nucleic acid hydrogel comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence.

본 발명의 용어, "핵산가교서열"은 핵산가교서열 내의 염기간 상호작용 또는 핵산 가교서열 간의 상호작용으로, 자가조립을 통한 2차 구조(예, Stem-loop 구조) 또는 서열간의 입체구조(예, 사중합체 구조)를 형성할 수 있는 핵산 서열을 의미한다.As used herein, the term "nucleic acid crosslinking sequence" refers to an interaction between bases in a nucleic acid crosslinking sequence or an interaction between nucleic acid crosslinking sequences, and is a secondary structure (eg, Stem-loop structure) through self-assembly or a three-dimensional structure between sequences (eg, , refers to a nucleic acid sequence capable of forming a tetrapolymer structure).

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence is

i) CITE(cap-independent translation elements) 서열, 이의 단편 또는 변이체;i) a cap-independent translation elements (CITE) sequence, a fragment or variant thereof;

ii) 서열번호 3 또는 서열번호 5; 및ii) SEQ ID NO:3 or SEQ ID NO:5; and

iii) i-motif 형성 서열로 구성된 군에서 선택되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.iii) it may be characterized in that it comprises a sequence selected from the group consisting of i-motif forming sequences.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 CITE(cap-independent translation elements) 서열 또는 이의 단편을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may include a cap-independent translation elements (CITE) sequence or a fragment thereof.

본 발명에 있어서, 상기 CITE 서열은 2차 구조 또는 서열간의 입체구조를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the CITE sequence may be characterized in that it forms a secondary structure or a three-dimensional structure between the sequences.

본 발명에 있어서, 상기 CITE 서열의 단편은 예를 들어, 서열번호 2로 표시되는 서열일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the fragment of the CITE sequence may be, for example, the sequence represented by SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명의 용어 "CITE(cap-independent translation elements) 서열"은 많은 RNA 식물 바이러스의 3'UTR에서 발견되는 RNA서열로, 5'cap을 형성하지 않는 다양한 바이러스에서 2차구조를 형성하여 mRNA를 보다 안정적으로 만들며, 일부 종에서는 리보솜 진입 부위로 작용하여, 단백질의 번역 개시를 매개할 수도 있는 것으로 보고되었다(Biochemical Society Transactions. 35 (Pt 6): 1629-1633. doi:10.1042/BST0351629). CITE 서열은 바이러스의 종류에 따라 서열이 매우 다양하며, 각각 상이한 구조로 조립되나, 모두 Stem-loop와 같은 2차 구조를 형성하여 mRNA를 안정화할 수 있는 서열을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 CITE 서열은 그 구조적 형태에 따라 분류될 수 있다(Miller et al., 2007). 예를 들어, Satellite tobacco necrosis virus (STNV)등에서 보고된 TED (translation enhancer domain), Barley yellow dwarf virus (BYDV) 등에서 보고된 BTE (BYDV-like translation element), Panicum mosaic virus (PMV) 등에서 보고된 PTE (PMV-like translation element), Turnip crinkle virus (TCV) 등에서 보고된 TSS (T-shaped structure), Tomato bushy stunt virus (TBSV) 등에서 보고된 Y-shaped, Maize necrotic streak virus (MNeSV) 등에서 보고된 I-shaped 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다(Nicholson, BL; White, KA (Nov 2011). 본 발명의 일 실시예에서, 상기 핵산가교서열은 Barley yellow dwarf virus (BYDV) 유래의 BTE에서 Stem-loop I을 형성하는(Guo et al., 2000), BTE 서열의 단편(서열번호 2), 또는 서열번호 2의 일부 염기를 치환한 서열(서열번호 4)을 포함하는 경우에도 안정적으로 핵산 하이드로겔이 형성되며, 서열번호 2를 포함하는 것과는 상이한 물리적 특성을 나타내는 것을 확인하였다.The term "CITE (cap-independent translation elements) sequence" of the present invention is an RNA sequence found in the 3'UTR of many RNA plant viruses, and forms a secondary structure in various viruses that do not form a 5'cap to improve mRNA. It has been reported to be stable and may act as a ribosome entry site in some species to mediate translational initiation of proteins (Biochemical Society Transactions. 35 (Pt 6): 1629-1633. doi:10.1042/BST0351629). The sequence of the CITE sequence is very diverse depending on the type of virus, and each is assembled into a different structure, but all of them are characterized by including a sequence capable of stabilizing mRNA by forming a secondary structure such as a stem-loop. The CITE sequence can be classified according to its structural form (Miller et al., 2007). For example, TED (translation enhancer domain) reported in Satellite tobacco necrosis virus (STNV), etc., Barley yellow dwarf virus (BYDV), etc. reported BTE (BYDV-like translation element), Panicum mosaic virus (PMV), etc. reported PTE (PMV-like translation element), Turnip crinkle virus (TCV), etc. reported TSS (T-shaped structure), Y-shaped reported by Tomato bushy stunt virus (TBSV), etc., I-shaped reported by Maize necrotic streak virus (MNeSV), etc., but is not limited thereto (Nicholson, BL; White, KA (Nov 2011)). In one embodiment of the invention, the nucleic acid crosslinking sequence forms Stem-loop I in BTE derived from Barley yellow dwarf virus (BYDV) (Guo et al., 2000), a fragment of the BTE sequence (SEQ ID NO: 2), or It was confirmed that a nucleic acid hydrogel is stably formed even when it includes a sequence (SEQ ID NO: 4) in which some bases of SEQ ID NO: 2 are substituted, and exhibits physical properties different from those containing SEQ ID NO: 2.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 서열번호 2 또는 서열번호 4로 표시되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may include a sequence represented by SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 서열번호 3 또는 서열번호 5로 표시되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may include a sequence represented by SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5.

본 발명에서, 상기 "서열번호 3"으로 표시되는 서열(GGAGGAGGAGGA)은 수용성 정상 세포성 프리온 단백질(soluble normal cellular prion protein, PrPc)에 특이적인 압타머 서열로 자가조립되어 G-사중체 구조를 형성하는 것으로 보고된 바 있다(Biochimica et Biophysica Acta 1861 (2017) 1429-1447). 본 발명의 실시예에서, 상기 서열번호 3에 상보적인 서열(서열번호 10)을 포함하는 템플릿을 주형으로 전사된 핵산이 안정적으로 하이드로겔을 형성하는 것을 확인하였다. 또한, 서열번호 3의 일부 염기를 치환한 서열(서열번호 5)을 포함하는 경우에도 안정적으로 핵산 하이드로겔이 형성되며, 상이한 물리적 특성을 갖는 것을 확인하였다.In the present invention, the sequence represented by "SEQ ID NO: 3" (GGAGGAGGAGGA) is self-assembled into an aptamer sequence specific for a soluble normal cellular prion protein (PrP c ) to form a G-quadruplex structure. It has been reported to form (Biochimica et Biophysica Acta 1861 (2017) 1429-1447). In an embodiment of the present invention, it was confirmed that a nucleic acid transcribed using a template including a sequence complementary to SEQ ID NO: 3 (SEQ ID NO: 10) as a template stably forms a hydrogel. In addition, it was confirmed that a nucleic acid hydrogel is stably formed even when it includes a sequence (SEQ ID NO: 5) in which some bases of SEQ ID NO: 3 are substituted, and has different physical properties.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 i-motif(intercalated motif) 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may include an i-motif (intercalated motif) sequence.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 서열번호 6 내지 서열번호 9로 표시되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the i-motif forming sequence may include a sequence represented by SEQ ID NO: 6 to SEQ ID NO: 9.

본 발명의 용어 "i-motif 형성 서열"은 사이토신이 풍부한 핵산 가닥으로, Hoogsteen 염기 쌍, C:C+ base pair에 의한 사중 핵산 구조인 i-motif를 형성한다. i-motif에의해 형성되는 사중 핵산 구조는 구아닌이 풍부한 핵산 가닥에서 형성되는 안정한 구조인 G-사중체 구조와 유사한 구조를 갖는다. i-motif는 1993년 처음 시험관에서 사중체 구조를 나타내는 것으로 보고되었으며(Nature. 363 (6429): 561-565), 최근에는 인간 세포에서도 자연적으로 존재하는 것으로 보고된 바 있다(Nature Chemistry. 10 (6): 631-637). RNA i-motif 의 사중체 구조는 PDB: 1I9K에서 확인 가능하다(Journal of Molecular Biology. 309 (1): 139-53). i-motif 형성 서열은 사이토신이 풍부한 서열로서, 대표적인 예로, G-사중체 모티프 서열의 상보적인 가닥도 i-motif 형성 서열로 알려져 있으며, i-motif 형성 서열 판별을 위한 알고리즘 등이 보고된 바 있다(Quadparser 알고리즘, Biochemistry. 56 (36): 4879-4883). i-motif 구조의 특징 및 형성 조건 등은 본 기술 분야에 상세히 연구 및 보고되어 있다(Nucleic acids research, 46(16), 8038-8056 등).As used herein, the term “i-motif forming sequence” refers to a cytosine-rich nucleic acid strand, which forms i-motif, a quadruple nucleic acid structure by Hoogsteen base pairs and C:C+ base pairs. The quadruple nucleic acid structure formed by i-motif has a structure similar to that of the G-quartet structure, which is a stable structure formed from a guanine-rich nucleic acid strand. i-motif was first reported to exhibit a quadruplex structure in vitro in 1993 (Nature. 363 (6429): 561-565), and recently has been reported to exist naturally in human cells (Nature Chemistry. 10 (Nature Chemistry. 10 ( 6): 631-637). The quadruplex structure of RNA i-motif can be confirmed in PDB: 1I9K (Journal of Molecular Biology. 309 (1): 139-53). The i-motif forming sequence is a cytosine-rich sequence, and as a representative example, the complementary strand of the G-quadrel motif sequence is also known as the i-motif forming sequence, and an algorithm for determining the i-motif forming sequence has been reported. (Quadparser algorithm, Biochemistry. 56 (36): 4879-4883). The characteristics and formation conditions of the i-motif structure have been studied and reported in detail in the art (Nucleic acids research, 46(16), 8038-8056, etc.).

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 사이토신을 풍부하게 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 상기 i-motif 형성 서열은 하나 이상의 C-tract를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the i-motif forming sequence may be characterized in that it contains abundant cytosine. For example, the i-motif forming sequence may include one or more C-tracts.

본 발명에 있어서, 상기 C-tract는 핵산 가닥에서 둘 이상의 사이토신이 반복되는 부위를 의미한다. 예를 들어, 상기 C-tract는 2개 내지 10개의 사이토신이 반복되는 서열일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the C-tract refers to a region where two or more cytosines are repeated in a nucleic acid strand. For example, the C-tract may be a sequence in which 2 to 10 cytosines are repeated, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열이 둘 이상의 C-tract를 포함하는 경우 각각의 C-tract 사이에 하나 이상의 사이토신을 제외한 염기(예, A, T, G)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 3개의 티민(T)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, when the i-motif forming sequence includes two or more C-tracts, it is characterized in that it includes bases (eg, A, T, G) except for one or more cytosines between each C-tract. may be, and preferably may be characterized as comprising 1 to 3 thymine (T), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 예를 들어, 상기 i-motif 형성 서열은 아래의 반복 단위가 1회 이상 반복되는 것을 특징으로 할 수 있다:In the present invention, for example, the i-motif forming sequence may be characterized in that the following repeating units are repeated one or more times:

i-motif 형성 서열의 반복 단위 = (Cndm)Repeat unit of i-motif forming sequence = (C n d m )

상기 i-motif 형성 서열의 반복 단위에서, C는 사이토신을, d는 사이토신을 제외한 염기(A, G, T 또는 U)를 의미한다.In the repeating unit of the i-motif forming sequence, C denotes cytosine, and d denotes a base (A, G, T or U) excluding cytosine.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열의 반복 단위에서, n은 사이토신의 개수를 의미하며, 2 내지 10의 정수인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, in the repeating unit of the i-motif forming sequence, n means the number of cytosines, and may be an integer of 2 to 10.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열의 반복 단위에서, m은 d의 개수를 의미하며, 1 내지 3의 정수인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, in the repeating unit of the i-motif forming sequence, m means the number of d, and may be an integer of 1 to 3.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 서열번호 6 또는 서열번호 7로 표시되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the i-motif forming sequence may include a sequence represented by SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7.

본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 1회 이상 반복되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 예를 들어 서열번호 8 또는 9로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the i-motif forming sequence may be characterized in that it is repeated one or more times, for example, it may be characterized as represented by SEQ ID NO: 8 or 9.

본 발명에 있어서, 상기한 i-motif 형성 서열의 예는 i-motif를 형성여부를 판단하기 위한 기존의 보고에 의한 것이며(Quadparser algorithm 등), 본 발명의 i-motif 형성 서열을 제한하는 것이 아니다. 본 발명에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 i-motif를 형성할 수 있는 서열을 모두 포함하는 의미로 해석하여야 한다.In the present invention, examples of the i-motif forming sequence are based on existing reports for determining whether i-motif is formed (Quadparser algorithm, etc.), and the i-motif forming sequence of the present invention is not limited. . In the present invention, the i-motif-forming sequence should be interpreted as meaning including all sequences capable of forming an i-motif.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 서열번호 2 내지 9로 구성된 군에서 선택되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may be characterized in that it comprises a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2 to 9.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열에 상보적인 서열은 상기한 핵산가교서열에 상보적인 서열을 의미한다.In the present invention, the sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence means a sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence.

예를 들어, 본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열에 상보적인 서열은 서열번호 10 내지 서열번호 17로 구성된 군에서 선택되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. For example, in the present invention, the sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence may include a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 10 to SEQ ID NO: 17.

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열에 상보적인 서열은 1회 이상 반복하여 핵산 템플릿에 포함될 수 있으며, 상이한 핵산가교서열에 상보적인 서열이 둘 이상 포함될 수도 있다.In the present invention, the sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence may be included in the nucleic acid template by repeating one or more times, and two or more sequences complementary to different nucleic acid crosslinking sequences may be included.

본 발명의 용어, "상보적인(complemenatary) 서열"은 주형 염기 서열과 혼성화 할 수 있는 서열을 의미한다. 예를 들어, 본 발명에 있어서, 상기 상보적인 서열은 특정 서열에 왓슨-크릭 염기쌍 법칙(A:T(U), G:C)에 의해 상보적으로 혼성화할 수 있는 서열을 의미한다. 본 발명에 있어서, 상기 상보적인 서열은 실질적으로 상보적인 서열을 포함하는 개념으로 사용되며, 상기 실질적으로 상보적인 서열은 양 가닥이 일반적인 조건, 예를 들어 핵산 하이드로겔 합성 조건 등에서 혼성화되기에 충분하도록 상보적인 서열을 의미한다.As used herein, the term “complementary sequence” refers to a sequence capable of hybridizing with a template base sequence. For example, in the present invention, the complementary sequence refers to a sequence capable of complementary hybridization to a specific sequence according to the Watson-Crick base pairing rule (A:T(U), G:C). In the present invention, the complementary sequence is used as a concept including a substantially complementary sequence, and the substantially complementary sequence is sufficient to hybridize both strands under general conditions, for example, nucleic acid hydrogel synthesis conditions, etc. complementary sequence.

본 발명의 용어, "핵산 템플릿"은 핵산의 복제 또는 전사에 있어서, 주형이 되는 핵산 가닥을 의미한다. 본 발명에 있어서, 상기 템플릿은 특정하여 언급된 경우를 제외하고는 원형 또는 선형일 수 있으며, 필요에 따라 통상의 기술자에 의해 그 형태가 선택되어 제조될 수 있다. 원형 순환 증폭(Rolling Circle Amplification, RCA) 또는 원형 순환 전사(Rolling Circle Transcription, RCT)방법을 사용하여 핵산을 생산하는 경우, 원형 템플릿인 것이 바람직하다. 원형 템플릿을 사용한 RCA 또는 RCT 방법을 사용하는 경우, 원료(NTP, dNTP 등)가 소진될 때까지 핵산의 합성이 지속되어, 높은 수율을 나타내는 것을 특징으로 할 수 잇다. 본 발명에 있어서, 상기 템플릿은 핵산 템플릿으로서, 예를 들어, DNA 또는 RNA 템플릿 일 수 있으며, DNA 템플릿인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "nucleic acid template" refers to a nucleic acid strand that serves as a template for nucleic acid replication or transcription. In the present invention, the template may be circular or linear, except where specifically mentioned, and the shape may be selected and manufactured by a person skilled in the art if necessary. When the nucleic acid is produced using a rolling circle amplification (RCA) or a rolling circle transcription (RCT) method, it is preferably a circular template. In the case of using the RCA or RCT method using a circular template, the synthesis of nucleic acids is continued until the raw materials (NTP, dNTP, etc.) are exhausted, and it may be characterized in that a high yield is exhibited. In the present invention, the template is a nucleic acid template, for example, may be a DNA or RNA template, preferably a DNA template, but is not limited thereto.

본 발명의 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿은 이를 주형으로 증폭 또는 전사를 수행하는 경우, 합성된 핵산이 하이드로겔화되어 핵산 하이드로겔이 생산되는 것을 특징으로 한다.The nucleic acid template for the production of a nucleic acid hydrogel of the present invention is characterized in that when amplification or transcription is performed using the template, the synthesized nucleic acid is hydrogelled to produce a nucleic acid hydrogel.

따라서, 상기 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿은 프라이머 결합 부위, 또는 프로모터 서열을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Therefore, the nucleic acid template for the production of the nucleic acid hydrogel may be characterized in that it further comprises a primer binding site, or a promoter sequence.

본 발명에 있어서, 상기 프라이머 결합 부위는 상기 핵산 템플릿의 증폭 시작점을 의미한다. 상기 프라이머 결합 부위에 프라이머가 결합하고, 프라이머 의 3'-말단에서 핵산 합성 및 증폭이 수행된다.In the present invention, the primer binding site refers to an amplification starting point of the nucleic acid template. A primer is bound to the primer binding site, and nucleic acid synthesis and amplification are performed at the 3'-end of the primer.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 템플릿이 프라이머 결합부위를 포함하는 경우 핵산 템플릿으로부터 합성되는 핵산 하이드로겔은 DNA 하이드로겔인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, when the nucleic acid template includes a primer binding site, the nucleic acid hydrogel synthesized from the nucleic acid template may be a DNA hydrogel.

본 발명에 있어서, 상기 프라이머 결합 부위는 핵산 템플릿을 주형으로 하는 증폭에 적합하도록 제한 없이 설계될 수 있다. In the present invention, the primer binding site may be designed without limitation to be suitable for amplification using a nucleic acid template as a template.

본 발명에 있어서, 상기 프로모터 서열은 전사(transcription)를 통해 RNA를 생산하기 위한 시작점으로, 템플릿의 종류, 합성 방식, 생산하고자하는 핵산의 종류, 목적서열에 따라 통상에 기술자에 의해 적합한 프로모터가 선택되어 사용될 수 있다. 상기 프로모터는 예를 들어, T7 프로모터, T5 프로모터, T3 프로모터, lac 프로모터, tac과 trc 프로모터, cspA 프로모터, lacUV5 프로모터, Ltet0-1 프로모터, phoA 프로모터, araBAD 프로모터, trp 프로모터, tetA 프로모터, Ptac 프로모터 및 SP6 프로모터 등이 있으며, 바람직하게는 상기 예에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the promoter sequence is a starting point for producing RNA through transcription, and a suitable promoter is selected by those skilled in the art according to the type of template, the synthesis method, the type of nucleic acid to be produced, and the target sequence. and can be used Such promoters include, for example, T7 promoter, T5 promoter, T3 promoter, lac promoter, tac and trc promoter, cspA promoter, lacUV5 promoter, Ltet0-1 promoter, phoA promoter, araBAD promoter, trp promoter, tetA promoter, Ptac promoter and SP6 promoter and the like, and may preferably be selected from the above examples, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 템플릿이 프로모터 서열을 포함하는 경우 핵산 템플릿으로부터 합성되는 핵산 하이드로겔은 RNA 하이드로겔인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, when the nucleic acid template includes a promoter sequence, the nucleic acid hydrogel synthesized from the nucleic acid template may be an RNA hydrogel.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 템플릿이 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위를 포함하는 경우, 상기 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위는 분리되어, 핵산템플릿(선형)의 3'-말단 및 5'-말단에 존재할 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에서와 같이, 상기 핵산 템플릿으로 상기 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드를 첨가하여 어닐링하고, 결찰을 통해, RCT 또는 RCA용 원형 핵산 템플릿을 제조하기 위한 원형 핵산 템플릿을 제조할 수 있다.In the present invention, when the nucleic acid template includes a promoter sequence or a primer binding site, the promoter sequence or primer binding site is separated and may be present at the 3'-end and 5'-end of the nucleic acid template (linear). . At this time, as in the embodiment of the present invention, an oligonucleotide comprising a sequence complementary to the promoter sequence or primer binding site is added to the nucleic acid template as the nucleic acid template and annealed, and through ligation, a circular nucleic acid template for RCT or RCA is obtained. Circular nucleic acid templates for making can be prepared.

본 발명의 용어 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위의 "분리"는 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위가 둘 이상으로 분리된 것을 의미한다. 상기 분리는 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위 서열 내라면 위치의 제한 없이 분리가 가능하나, 이에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드와 효과적인 어닐링을 위해서는 3`-말단 및 5'-말단에 존재하는 프로모터 서열의 길이가 비슷하도록 분리되는 것이 바람직하다.The term "separation" of a promoter sequence or primer binding site in the present invention means that the promoter sequence or primer binding site is separated into two or more. The separation is possible without restriction of position as long as it is within the promoter sequence or the primer binding site sequence, but for effective annealing with an oligonucleotide comprising a sequence complementary thereto, the promoter sequence present at the 3'-end and 5'-end It is preferable to separate so that the length is similar.

본 발명의 실시예와 같이, 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드는 상기 핵산 템플릿의 5'-말단 및 3'-말단에 존재하는 분리된 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위에 어닐링되어 닉(nick) 또는 공백을 포함하는 이중가닥을 형성함으로써 원형 템플릿을 형성할 수 있고, 접합(ligation) 또는 신장(polymerization)에 의해 닉(nick) 또는 공백을 연결하여, 완전한 원형 템플릿을 형성할 수 있다.As in an embodiment of the present invention, an oligonucleotide comprising a promoter sequence or a sequence complementary to a primer binding site is annealed to separate promoter sequences or primer binding sites present at the 5'-end and 3'-end of the nucleic acid template. A circular template can be formed by forming a double strand containing nicks or voids, and a complete circular template can be formed by linking nicks or voids by ligation or polymerization. can

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿은 스페이서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 상기 핵산 템플릿의 각 구성, 예를 들어, 핵산가교서열에 상보적인 서열, 및 프로모터 또는 프라이머 결합 부위 사이에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 핵산 템플릿의 제조를 위한 충분한 길이, 핵산의 합성에 필요한 충분한 크기의 핵산 템플릿 설계 등을 위해 적절한 길이로 선택되어 포함되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서는 15 내지 220 bp, 바람직하게는 20-200, 25-150, 또는 30-120 bp의 길이를 갖는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the nucleic acid template for the production of the nucleic acid hydrogel may be characterized in that it further comprises a spacer. In the present invention, the spacer may be positioned between each component of the nucleic acid template, for example, a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence, and a promoter or primer binding site. In the present invention, the spacer may be designed to be selected to be included in a length sufficient for the preparation of a nucleic acid template, and for designing a nucleic acid template of sufficient size for nucleic acid synthesis. For example, the spacer may be characterized as having a length of 15 to 220 bp, preferably 20-200, 25-150, or 30-120 bp, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 적어도 50% 이상, 바람직하게는 적어도 60% 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 90% 이상, 가장 바람직하게는 적어도 95% 이상이 티민(tymine)인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the spacer may be characterized in that at least 50% or more, preferably at least 60% or more, more preferably at least 90% or more, most preferably at least 95% or more, is thymine. .

본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 본 발명의 일 실시예에서와 같이 모든 스페이서가 티민으로 구성된 poly T 서열을 포함하는 것 특징으로 할 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 3T, 10T, 30T, 60T, 90T, 120T, 또는 150T를 포함하거나 이로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the spacer may be characterized in that all spacers include a poly T sequence composed of thymine, as in an embodiment of the present invention. In the present invention, the spacer may include or consist of 3T, 10T, 30T, 60T, 90T, 120T, or 150T.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿은 핵산 하이드로겔의 용도에 따라 상기한 핵산가교서열, 프로모터 서열, 프라이머 결합 부위 서열, 및/또는 스페이서 이외의 서열을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 상기 핵산 하이드로겔이 폴리펩타이드 및/또는 단백질의 생산 용도로 사용되는 경우, 상기 핵산 하이드로겔생산하고자하는 폴리펩타이드 및/또는 단백질을 암호화하는 코딩 서열을 추가로 포함할 수 있다. 상기 핵산 템플릿의 코딩 서열은 전사 및 번역을 통해 폴리펩타이드 또는 단백질로 합성된다. 본 발명의 핵산 템플릿을 기반으로 제조된 핵산 하이드로겔을 사용여 폴리펩타이드 및 단백질을 생산하는 경우, 무세포 기반의 합성이 가능하며, 기존의 폴리펩타이드 합성 방법에 비해 저비용으로도 현저히 높은 합성 수율을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다(대한민국 특허출원 제10-2019-0136416호 참조).In the present invention, the nucleic acid template for the production of the nucleic acid hydrogel further comprises a sequence other than the nucleic acid crosslinking sequence, the promoter sequence, the primer binding site sequence, and / or the spacer according to the use of the nucleic acid hydrogel. can be done with For example, when the nucleic acid hydrogel is used for the production of a polypeptide and/or protein, the nucleic acid hydrogel may further include a coding sequence encoding the polypeptide and/or protein to be produced. The coding sequence of the nucleic acid template is synthesized into a polypeptide or protein through transcription and translation. In the case of producing polypeptides and proteins using the nucleic acid hydrogel prepared based on the nucleic acid template of the present invention, cell-free synthesis is possible, and the synthesis yield is significantly higher at low cost compared to the existing polypeptide synthesis method. It may be characterized by showing (refer to Korean Patent Application No. 10-2019-0136416).

본 발명은 다른 관점에서, 상기 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿을 포함하는 핵산 하이드로겔 생산용 조성물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a composition for producing a nucleic acid hydrogel comprising a nucleic acid template for the production of the nucleic acid hydrogel.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔 생산용 조성물은 본 발명의 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿 외에도, 또 다른 핵산 템플릿, 핵산의 합성에 필요한 버퍼, 각종 효소, 올리고뉴클레오타이드, NTP, dNTP, rNTP, 및/또는 ddNTP 등을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 핵산 하이드로겔의 용도에 따라 추가적인 구성을 포함할 수도 있으며, 예를 들어, 단백질 또는 폴리펩타이드 합성용 핵산 하이드로겔인 경우, 아미노산, 리보솜 등을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the composition for producing a nucleic acid hydrogel is, in addition to the nucleic acid template for production of a nucleic acid hydrogel of the present invention, another nucleic acid template, a buffer necessary for nucleic acid synthesis, various enzymes, oligonucleotides, NTP, dNTP, rNTP, and/or ddNTP and the like may be further included. In addition, it may include additional components depending on the use of the nucleic acid hydrogel, for example, in the case of a nucleic acid hydrogel for protein or polypeptide synthesis, it may be characterized by additionally including amino acids, ribosomes, and the like.

구체적인 예를 들어, 본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔 생산용 조성물은 핵산 중합효소, 라이게이즈(ligase), 및 리보솜 등 다양한 효소를 추가로 포함할 수 있다. For a specific example, in the present invention, the composition for producing a nucleic acid hydrogel may further include various enzymes such as nucleic acid polymerase, ligase, and ribosome.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔 생산용 조성물은 올리고뉴클레오타이드를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 올리고뉴클레오타이드는 핵산 템플릿에 결합하여 증폭 또는 전사의 시작점(예를 들어, 3'-OH)을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the composition for producing a nucleic acid hydrogel may further include an oligonucleotide. In the present invention, the oligonucleotide may be characterized in that it binds to a nucleic acid template to provide a starting point (eg, 3'-OH) for amplification or transcription.

본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 본 발명의 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a nucleic acid hydrogel comprising the step of (a) synthesizing a nucleic acid using the nucleic acid template of the present invention as a template.

본 발명의 용어, "핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성"은 본 발명의 핵산 템플릿에 결합된 프라이머 또는 올리고 뉴클레오타이드의 3'-말단에서, 핵산 템플릿의 서열에 상보적인 뉴클레오타이드가 결합되어 핵산 가닥이 핵산템플릿을 따라 신장되는 것을 의미한다.As used herein, the term "synthesizing a nucleic acid using a nucleic acid template as a template" means that, at the 3'-end of the primer or oligonucleotide bound to the nucleic acid template of the present invention, a nucleotide complementary to the sequence of the nucleic acid template is bound to form a nucleic acid strand. It means stretching along the template.

본 발명에 있어서, 상기 핵산을 합성하는 단계는 상기 핵산 템플릿을 주형으로 증폭 또는 전사하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the step of synthesizing the nucleic acid may be characterized in that amplification or transcription of the nucleic acid template as a template.

본 발명의 용어, "증폭(amplification)"은 주형이 되는 핵산 템플릿과 동일한 종류의 핵산가닥을 합성하는 것을 의미한다. 예를 들어, 본 발명의 핵산 템플릿이 DNA 템플릿인 경우, 이를 주형으로 DNA를 합성하는 것, 또는 본 발명의 핵산 템플릿이 RNA 템플릿인 경우, 이를 주형으로 RNA를 합성하는 것을 의미한다. 본 발명의 증폭은 다양한 방법을 사용하여 제한없이 수행될 수 있다. 예를 들어, 원형 순환 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA), 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction; PCR), LCR(ligase chain reaction), SDA(strand displacement amplification) 및 TMA(transcription-mediated amplification) 을 통해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 RCA를 사용하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 증폭이 원형 순환 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA)을 통해 수행되는 경우, 상기 핵산 템플릿은 원형 핵산 템플릿인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 증폭을 위해 통상의 기술자에 의해 적절한 핵산중합효소(Polymerase), 프라이머 등이 선택 또는 제작되어 사용될 수 있다.As used herein, the term “amplification” refers to synthesizing a nucleic acid strand of the same type as a nucleic acid template serving as a template. For example, when the nucleic acid template of the present invention is a DNA template, it means synthesizing DNA using it as a template, or when the nucleic acid template of the present invention is an RNA template, synthesizing RNA using the nucleic acid template as a template. The amplification of the present invention can be performed without limitation using a variety of methods. For example, through rolling circle amplification (RCA), polymerase chain reaction (PCR), ligase chain reaction (LCR), strand displacement amplification (SDA) and transcription-mediated amplification (TMA). It can be performed, preferably using RCA, but is not limited thereto. In the present invention, when amplification is performed through rolling circle amplification (RCA), the nucleic acid template may be a circular nucleic acid template. In the present invention, for the amplification, an appropriate nucleic acid polymerase (Polymerase), primer, etc. may be selected or manufactured by a person skilled in the art and used.

본 발명의 용어, "전사(transcription)"는 DNA 발현 과정 중의 하나로서, 본 발명에 있어서, 상기 전사는 상기 핵산 템플릿을 주형으로 하여, RNA를 합성하는 것을 의미한다. 본 발명의 전사는 다양한 방법을 사용하여 제한없이 수행될 수 있으나, 원형 순환 전사(Rolling Circle Transcription; RCT) 방법을 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 전사를 위해 통상의 기술자에 의해 적절한 핵산중합효소(Polymerase), 프로모터 등이 선택 또는 제작되어 사용될 수 있다.As used herein, the term “transcription” refers to one of the DNA expression processes. In the present invention, the transcription refers to the synthesis of RNA using the nucleic acid template as a template. The transcription of the present invention can be performed without limitation using various methods, but it is preferable to perform a rolling circle transcription (RCT) method. In the present invention, an appropriate nucleic acid polymerase (Polymerase), a promoter, etc. may be selected or manufactured by a person skilled in the art for the transcription.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 원형 순환 전사(Rolling Circle Transcription; RCT) 또는 원형 순환 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA)을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the step (a) may be characterized by performing a rolling circle transcription (RCT) or a rolling circle amplification (RCA).

상기 RCA 및 RCT는 원형 핵산 템플릿을 주형으로, 1배수 이상의 증폭 또는 전사를 수행하는 것을 의미하며, 이 때, n 배수의 결과물이 하나의 핵산 가닥으로 연속되도록 합성되는 것을 특징으로 한다. 상기 RCA 및 RCT는 제조하고자하는 핵산의 종류에 따라 선택적으로 사용된다. DNA 핵산 템플릿을 주형으로 하는 경우, RCA는 템플릿에 상보적인 DNA의 생산을 위해 사용되며, RCT는 템플릿에 상보적인 RNA의 생산을 위해 사용된다. 상기 원형 핵산 템플릿을 사용하여, RCT 또는 RCA를 수행하는 경우, 재료(예, dNTP, ddNTP)가 고갈될 때까지 중합반응이 종료되지 않고, 하나의 템플릿에서 N배수를 갖는 핵산을 제조할 수 있어, 선형 템플릿보다 높은 생산 수율을 나타내는 것을 특징으로 한다. 전사가 1배수에 그치지 않고 지속되도록 하기 위해, 선택적으로 전사종료서열을 제거할 수 있다. 따라서 본 발명의 핵산 템플릿은 전사종료서열을 포함하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. The RCA and RCT refer to performing one-fold or more amplification or transcription using a circular nucleic acid template as a template, and in this case, it is characterized in that the n-fold product is synthesized so as to be continuous as one nucleic acid strand. The RCA and RCT are selectively used according to the type of nucleic acid to be prepared. When a DNA nucleic acid template is used as a template, RCA is used for the production of DNA complementary to the template, and RCT is used for the production of RNA complementary to the template. When RCT or RCA is performed using the circular nucleic acid template, the polymerization reaction does not end until the material (e.g., dNTP, ddNTP) is depleted, and a nucleic acid having an N-fold from one template can be prepared. , characterized in that it exhibits a higher production yield than the linear template. In order to ensure that the transcription is continued rather than a single fold, the transcription termination sequence can optionally be removed. Therefore, the nucleic acid template of the present invention may be characterized in that it does not include a transcription termination sequence.

본 발명에서, 상기 원형 순환 전사 또는 원형 순환 증폭은 회전환 증폭 및 회전환 전사와 동일한 의미에서 상호호환적으로 사용된다.In the present invention, the circular circular transcription or circular circular amplification is used interchangeably in the same meaning as the rolling-circle amplification and the rolling-circle transcription.

본 발명의 일 실시예에서, 핵산가교서열, 포함된 스페이서의 길이 및 핵산의 합성에 사용된 핵산 템플릿의 농도에 따라 상이한 안정성 및 용액 내 분해속도를 나타내는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the nucleic acid crosslinking sequence, the length of the included spacer and the concentration of the nucleic acid template used for nucleic acid synthesis exhibit different stability and degradation rate in solution.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 바람직하게는 약 0.25 내지 약 1.5μM 농도의 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 핵산 하이드로겔의 용도에 따라 하이드로겔의 물리적, 화학적 및 기능적 특성의 조절을 위해 핵산 템플릿의 농도를 조절하여 합성할 수 있다.In the present invention, the step (a) is preferably characterized in that the nucleic acid is synthesized using a nucleic acid template at a concentration of about 0.25 to about 1.5 μM as a template, but is not limited thereto, and is not limited thereto. Accordingly, it can be synthesized by adjusting the concentration of the nucleic acid template to control the physical, chemical and functional properties of the hydrogel.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서 합성된 핵산은 자가조립을 통해 하이드로겔을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid synthesized in step (a) may be characterized in that it forms a hydrogel through self-assembly.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 염을 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, step (a) may be characterized in that it is carried out by adding a salt.

본 발명에 있어서, 상기 염은 예를 들어, NaCl, MgCl2, KCl 및 CaCl2 로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the salt may be selected from the group consisting of, for example, NaCl, MgCl2, KCl and CaCl2, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 염은 바람직하게는 0 초과 400mM 이하의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 50mM 내지 150mM, 가장 바람직하게는 100mM 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the salt may be preferably added at a concentration of more than 0 and 400 mM or less, more preferably 50 mM to 150 mM, and most preferably 100 mM.

본 발명에 있어서, 핵산가교서열에 따라 안정성을 나타내는 조건이 상이하며, 통상의 기술자는 본 발명에 개시된 내용을 바탕으로 핵산 하이드로겔의 용도 및 목적에 따라 적절한 길이, 핵산가교서열 및 핵산 템플릿 농도를 조절하여 핵산 하이드로겔을 제조할 수 있다.In the present invention, the conditions for showing stability are different depending on the nucleic acid crosslinking sequence, and those skilled in the art can determine the appropriate length, the nucleic acid crosslinking sequence and the nucleic acid template concentration according to the use and purpose of the nucleic acid hydrogel based on the contents disclosed in the present invention. It can be adjusted to prepare a nucleic acid hydrogel.

본 발명의 일 실시예에서, 생체적합, 생분해성 고분자 화합물인 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 히알루론산(HA)을 첨가하여 원형 순환 전사를 수행하는 경우, 생체 환경에서 핵산 하이드로겔의 안정성이 현저히 향상되며, 낮은 세포독성이 유지되는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 고분자 화합물을 첨가하여 핵산을 합성하는 경우, 생체에 적용하기에 매우 적합한 특성을 나타내는 핵산 하이드로겔을 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when circular circulation transcription is performed by adding polyethylene glycol (PEG) or hyaluronic acid (HA), which are biocompatible, biodegradable high molecular compounds, the stability of the nucleic acid hydrogel in the living environment is significantly improved and , it was confirmed that low cytotoxicity was maintained. Therefore, when nucleic acid is synthesized by adding the polymer compound of the present invention, it is possible to prepare a nucleic acid hydrogel exhibiting properties very suitable for application to a living body.

본 발명의 일 실시예에서 확인한 것과 같이, 고분자화합물의 첨가는 핵산합성단계와 함께 또는 핵산합성 이후에 처리되는 경우 모두 겔이 형성됨을 확인하였다.As confirmed in one embodiment of the present invention, it was confirmed that the addition of the high molecular compound was both treated with the nucleic acid synthesis step or after the nucleic acid synthesis to form a gel.

따라서, 본 발명에 있어서, (a) 단계의 전, (a) 단계의 수행과 동시에 또는 (a) 단계를 수행한 이후에 상기 고분자 화합물이 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.Therefore, in the present invention, it may be characterized in that the polymer compound is added before step (a), at the same time as step (a) or after step (a) is performed.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 고분자 화합물을 첨가한 뒤 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the step (a) may be characterized in that it is carried out after adding the polymer compound.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 고분자 화합물의 첨가와 동시에 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the step (a) may be characterized in that it is performed simultaneously with the addition of the polymer compound.

본 발명에 있어서, (b) 상기 (a) 단계에서 합성된 핵산에 고분자 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, (b) it may be characterized in that it further comprises the step of reacting by adding a high molecular compound to the nucleic acid synthesized in step (a).

본 발명에 있어서, 상기 고분자 화합물은 생체 적합성 및/또는 생분해성 고분자 화합물, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 히알루론산(HA), 저 녹는점 아가로스 (low melt agarose, LMA), 메틸 셀룰로스 (methyl cellulose, MC), 나이팜 (Poly (N-isopropylacrylamide, NIPAAm), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 나트륨 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 아크릴레이트 중합체(acrylate polymer), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 및 피브린(fibrin)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 히알루론산(HA)인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the polymer compound is a biocompatible and/or biodegradable polymer compound, preferably polyethylene glycol (PEG), hyaluronic acid (HA), low melt agarose (LMA), methyl cellulose ( methyl cellulose, MC), nipalm (Poly (N-isopropylacrylamide, NIPAAm), polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, acrylate polymer, collagen, gelatin ( gelatin), and may be characterized as selected from the group consisting of fibrin, more preferably polyethylene glycol (PEG) or hyaluronic acid (HA), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 본 발명의 고분자 화합물은 바람직하게는 1000kDa 이하, 더욱 바람직하게는 400Da 내지 35kDa의 분자량을 갖는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the polymer compound of the present invention preferably has a molecular weight of 1000 kDa or less, more preferably 400 Da to 35 kDa, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서, 프로모터 서열이 분리되어 3'-말단 및 5'-말단에 존재하는 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 선형 핵산 템플릿을 제조하였으며, 상기 선형 템플릿의 3'-말단 및 5'-말단의 프로모터 서열과 프로모터 서열에 상보적인 서열을 갖는 올리고 뉴클레오타이드를 어닐링하여 닉(nick)을 포함하는 부분적으로 이중가닥을 갖는 원형 핵산 템플릿을 제조하였으며, 상기 닉은 라이게이즈(ligase)로 결찰(ligation)하여 완전한 원형 핵산 템플릿을 제조하였다. 제조된 원형 핵산 템플릿을 주형으로 RCT를 수행하여 RNA 하이드로겔을 제조하였다.In one embodiment of the present invention, the promoter sequence was separated to prepare a linear nucleic acid template comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence present at the 3'-end and 5'-end, and the 3'-end of the linear template and annealing an oligonucleotide having a promoter sequence at the 5'-end and a sequence complementary to the promoter sequence to prepare a circular nucleic acid template having a partially double-stranded nick, wherein the nick is ligase ) to prepare a complete circular nucleic acid template by ligation. RCT was performed using the prepared circular nucleic acid template as a template to prepare an RNA hydrogel.

본 발명은 다른 관점에서, (a) 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위가 분리되어 3'-말단 및 5'-말단에 존재하는 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 선형 템플릿과 상기 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드를 어닐링하는 단계; (b) 상기 어닐링된 핵산 템플릿의 3'-말단 및 5'-말단을 결찰(ligation)하여 완전한 원형 핵산 템플릿을 생산하는 단계; 및 (c) 상기 완전한 원형 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, (a) a promoter sequence or primer binding site is separated and a linear template comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence present at the 3'-end and 5'-end and the promoter sequence or primer binding annealing an oligonucleotide comprising a sequence complementary to the site; (b) ligating the 3'-end and 5'-end of the annealed nucleic acid template to produce a complete circular nucleic acid template; And (c) relates to a method for producing a nucleic acid hydrogel comprising the step of synthesizing a nucleic acid using the complete circular nucleic acid template as a template.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 올리고뉴클레오타이드가 선형 핵산 템플릿의 5'-말단 및 3'-말단에 존재하는 분리된 프로모터 서열 또는 분리된 프라이머 결합 부위에 어닐링되어 닉(nick) 또는 공백을 포함하는 원형 핵산 템플릿을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, in step (a), the oligonucleotide is annealed to an isolated promoter sequence or a separate primer binding site present at the 5'-end and 3'-end of the linear nucleic acid template to form a nick or blank It may be characterized in that it forms a circular nucleic acid template comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 접합(ligation) 및/또는 신장(polymerization)에 의해 닉(nick) 또는 공백을 연결하여, 완전한 원형 핵산 템플릿을 형성할 수 있다.In the present invention, step (b) may form a complete circular nucleic acid template by linking nicks or spaces by ligation and/or polymerization.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 핵산의 합성은 상기 어닐링된 올리고뉴클레오타이드, 보다 바람직하게는 어닐링된 올리고뉴클레오타이드의 3'-말단에서 시작되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the synthesis of the nucleic acid in step (c) may be characterized in that it starts at the 3'-end of the annealed oligonucleotide, more preferably the annealed oligonucleotide.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는 상기 "핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법"에서 설명된 것과 동일한 특징을 가질 수 있다.In the present invention, the step (c) may have the same characteristics as described in the "method for preparing a nucleic acid hydrogel comprising the step of synthesizing a nucleic acid using a nucleic acid template as a template".

본 발명에 있어서, (c) 단계의 전, (c) 단계의 수행과 동시에 또는 (c) 단계를 수행한 이후에 상기 고분자 화합물이 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, it may be characterized in that the polymer compound is added before step (c), at the same time as step (c) or after step (c) is performed.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는 고분자 화합물을 첨가한 뒤 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the step (c) may be characterized in that it is performed after adding the polymer compound.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는 고분자 화합물의 첨가와 동시에 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, step (c) may be characterized in that it is performed simultaneously with the addition of the polymer compound.

본 발명에 있어서, (d) 상기 (c) 단계에서 합성된 핵산에 고분자 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.본 발명에 있어서, 상기 고분자 화합물은 생체 적합성 및/또는 생분해성 고분자 화합물, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 히알루론산(HA), 저 녹는점 아가로스 (low melt agarose, LMA), 메틸 셀룰로스 (methyl cellulose, MC), 나이팜 (Poly (N-isopropylacrylamide, NIPAAm), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 나트륨 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 아크릴레이트 중합체(acrylate polymer), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 및 피브린(fibrin)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 히알루론산(HA)인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, (d) it may be characterized in that it further comprises the step of reacting by adding a polymer compound to the nucleic acid synthesized in step (c). In the present invention, the polymer compound is biocompatible and / or biodegradable high molecular compounds, preferably polyethylene glycol (PEG), hyaluronic acid (HA), low melting point agarose (low melt agarose, LMA), methyl cellulose (methyl cellulose, MC), nipalm (Poly (N) -isopropylacrylamide, NIPAAm), polyvinyl alcohol (Polyvinyl alcohol), sodium polyacrylate, acrylate polymer, collagen, gelatin, and from the group consisting of fibrin (fibrin) It may be characterized as selected, more preferably polyethylene glycol (PEG) or hyaluronic acid (HA), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 고분자화합물은 바람직하게는 1000kDa 이하, 더욱 바람직하게는 400Da 내지 35kDa의 분자량을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the polymer compound preferably has a molecular weight of 1000 kDa or less, more preferably 400 Da to 35 kDa.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 핵산 하이드로겔의 제조방법으로 제조된 핵산 하이드로겔에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a nucleic acid hydrogel prepared by the method for preparing the nucleic acid hydrogel.

본 발명의 핵산 하이드로겔의 제조방법으로 제조된 핵산 하이드로겔은 핵산 가교서열을 포함하며, 핵산 가교서열의 자가조립에 의해 겔화 되는 것을 특징으로 할 수 있다.The nucleic acid hydrogel prepared by the method for producing a nucleic acid hydrogel of the present invention may include a nucleic acid crosslinking sequence and may be characterized in that it is gelled by self-assembly of the nucleic acid crosslinking sequence.

본 발명은 또 다른 관점에서, 핵산가교서열이 자가 조립되어 형성되는 핵산 하이드로겔에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a nucleic acid hydrogel formed by self-assembly of a nucleic acid cross-linking sequence.

본 발명의 핵산 하이드로겔은 상이한 크기 및 형태로 제조될 수 있으며, 특히 우수한 기계적 특성 및 물리/화학적 안정성을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 핵산 하이드로겔은 광범위한 용도(예를 들어, 촉매, 단백질 발현)에 사용되기 위한 플랫폼으로 사용될 수 있다.The nucleic acid hydrogel of the present invention may be prepared in different sizes and shapes, and may be particularly characterized as exhibiting excellent mechanical properties and physical/chemical stability. The nucleic acid hydrogel of the present invention can be used as a platform for use in a wide range of applications (eg, catalysts, protein expression).

본 발명에 있어서, 상기 핵산가교서열은 본 발명의 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿에서 설명된 것과 동일한 특징을 가질 수 있다.In the present invention, the nucleic acid crosslinking sequence may have the same characteristics as those described in the nucleic acid template for production of a nucleic acid hydrogel of the present invention.

본 발명에 있어서, 핵산 하이드로겔은 사용된 핵산가교서열에 따라 상이한 물리적/기능적 특성을 나타낼 수 있다.In the present invention, the nucleic acid hydrogel may exhibit different physical/functional properties depending on the nucleic acid crosslinking sequence used.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔은 핵산가교서열간의 상호작용에 의해 형성된다. 예를 들어, 상기 핵산가교서열 간의 상호작용은 왓슨-크릭 염기쌍 결합 기반의 2차 구조 형성, Hoogsteen 염기 쌍 결합 기반의 4중합체 구조 형성, 역평행 헤어핀 루프 이중체 구조형성(antiparallel hairpin-looped duplex) 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the nucleic acid hydrogel is formed by interaction between nucleic acid cross-linking sequences. For example, the interaction between the nucleic acid cross-linking sequences is a Watson-Crick base pair bond-based secondary structure formation, Hoogsteen base pair bond-based tetrapolymer structure formation, and antiparallel hairpin-looped duplex formation. and the like, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔은 DNA 하이드로겔 또는 RNA 하이드로겔인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid hydrogel may be a DNA hydrogel or an RNA hydrogel.

본 발명의 핵산 하이드로겔은 겔 내부에 충분한 공간을 갖는 것을 특징으로 할 수 있으며, 따라서 기계적 유연성을 갖는다. 겔 내부의 충분한 공간은 효소 반응(예를 들어, 단백질 합성 반응)에 유용하게 사용될 수 있으며, 핵산 하이드로겔이 단백질 코딩 영역을 포함하는 경우 리보솜이 접근 및 상호작용하기에도 충분한 공간을 제공할 수 있고, 따라서, 무세포 단백질 생산 플랫폼 등에 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명자들은 핵산가교서열을 포함하는 핵산 하이드로겔을 사용하는 경우, 그 안정성 및 물리적/기능적 특성으로 인해 폴리펩타이드/단백질의 생산수율이 현저히 향상되는 것을 확인하였다.The nucleic acid hydrogel of the present invention may be characterized as having sufficient space inside the gel, and thus has mechanical flexibility. Sufficient space inside the gel can be usefully used for enzymatic reactions (eg, protein synthesis reactions), and when the nucleic acid hydrogel includes a protein-coding region, it can provide sufficient space for ribosomes to access and interact as well. , and thus, it can be usefully used as a cell-free protein production platform and the like. The present inventors have confirmed that, when using a nucleic acid hydrogel containing a nucleic acid cross-linking sequence, the production yield of the polypeptide/protein is significantly improved due to its stability and physical/functional properties.

본 발명에 있어서, 상기 핵산 하이드로겔은 예를 들어, 폴리펩타이드 또는 단백질을 암호화 하는 서열과 같은 기능 서열(functional sequence)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nucleic acid hydrogel may include, for example, a functional sequence such as a sequence encoding a polypeptide or a protein.

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

실시예 1: 핵산 하이드로겔의 제조를 위한 다양한 핵산가교서열 후보의 선정 및 2차 구조 안정성 평가Example 1: Selection of various nucleic acid cross-linking sequence candidates for preparation of nucleic acid hydrogels and evaluation of secondary structure stability

본 발명자들의 기존 한국특허출원에서 개시하는 텔로미어 반복구간 유래의 G-사중체 모티프 서열 이외의 핵산 하이드로겔의 생산이 가능한 다른 서열을 개발하기 위해, 핵산의 2차구조를 형성할 수 있는 것으로 보고된 RNA 서열 중, BYDV(Barley yellow dwarf virus) 유래의 CITE 서열인 BTE (BYDV-like translation element) 서열의 단편(핵산가교서열 1, 표 1), prion 단백질 표적 압타머 서열의 단편(핵산가교서열 2, 표 1), 이들 서열(BTE, prion aptamer 형성 서열)의 일부 염기를 치환하여 변형한 서열(핵산가교서열 3 및 4, 표 1), i-motif 형성 서열(핵산가교서열 5 내지 8, 표 1)을 핵산의 하이드로겔화를 위한 핵산가교서열후보로 선정하였다.In order to develop other sequences capable of producing nucleic acid hydrogels other than the G-quartet motif sequence derived from the telomere repeats disclosed in the existing Korean patent applications of the present inventors, it has been reported that the secondary structure of nucleic acids can be formed. Among the RNA sequences, a fragment of the BYDV-like translation element (BTE) sequence, which is a CITE sequence derived from BYDV (Barley yellow dwarf virus) (nucleic acid crosslinking sequence 1, Table 1), a fragment of the prion protein target aptamer sequence (nucleic acid crosslinking sequence 2) , Table 1), sequences modified by substituting some bases of these sequences (BTE, prion aptamer forming sequence) (nucleic acid crosslinking sequences 3 and 4, Table 1), i-motif forming sequences (nucleic acid crosslinking sequences 5 to 8, Tables) 1) was selected as a nucleic acid crosslinking sequence candidate for nucleic acid hydrogelation.

핵산가교서열Nucleic acid crosslinking sequence 핵산가교서열Nucleic acid crosslinking sequence RNA 서열 (5'->3')RNA sequence (5'->3') 서열번호SEQ ID NO: G4 서열(Control)G4 sequence (Control) UAGGGUUAGGGUUAGGGUUAGGGU 1One 핵산가교서열 1(BYDV)Nucleic acid crosslinking sequence 1 (BYDV) GGAUCCUGGGAAACAGGCAGAACUUCGGGGAUCCUGGGAAACAGGCAGAACUUCGG 22 핵산가교서열 2(Prion)Nucleic acid crosslinking sequence 2 (Prion) GGAGGAGGAGGAGGAGGAGGAGGA 33 핵산가교서열 3(BYDV-m)Nucleic acid crosslinking sequence 3 (BYDV-m) GGAUUAAGGGAUUACGGAAUAUUGAUGGGGAUUAAGGGAUUACGGAAUAUUGAUGG 44 핵산가교서열 4(Prion-m)Nucleic acid crosslinking sequence 4 (Prion-m) GGUGGUGGUGGUGGUGGUGGUGGU 55 핵산가교서열 5(i1)Nucleic acid crosslinking sequence 5 (i1) UACCCUUACCCUUACCCUUACCCU 66 핵산가교서열 6(i2)Nucleic acid crosslinking sequence 6 (i2) AACCCUAACCCUAACCCUAACCCU 77 핵산가교서열 7(i3)Nucleic acid crosslinking sequence 7 (i3) UACCCUUACCCUUACCCUUACCCUUACCCUUACCCUUACCCUUACCCU 88 핵산가교서열 8(i4)Nucleic acid crosslinking sequence 8 (i4) AACCCUAACCCUAACCCUAACCCUAACCCUAACCCUAACCCUAACCCU 99

*서열 참조 문헌 - 핵산가교서열 1: Wang, Z., et al., Virology 402, 177-186 (2010).*Sequence Reference - Nucleic Acid Crosslinking Sequence 1: Wang, Z., et al., Virology 402, 177-186 (2010).

- 핵산가교서열 2: Platella, C., et al., Biochimica et Biophysica Acta 1861, 1429-1447 (2020). - Nucleic acid crosslinking sequence 2: Platella, C., et al., Biochimica et Biophysica Acta 1861, 1429-1447 (2020).

- 핵산가교서열 5: Abou Assi, H., et al., Nucleic acids research, 46(16), 8038-8056.- Nucleic acid crosslinking sequence 5: Abou Assi, H., et al., Nucleic acids research, 46(16), 8038-8056.

상기 핵산가교서열 외에도, 원형 템플릿의 형성을 위한 충분한 길이의 형성 및 추후 기능성 핵산 하이드로겔(예를 들어, 단백질 합성용 핵산 하이드로겔)의 생산을 위해서는 추가적인 서열이 포함되어야 하므로, 다양한 길이의 스페이서를 추가하는 경우에도 2차 구조를 안정적으로 형성할 수 있는지 여부를 평가하였다. RNAfold webserver [http://rna.tbi.univie.ac.at//cgi-bin/RNAWebSuite/RNAfold.cgi]를 사용하여 깁슨 자유에너지 및 2차 구조를 예측하였다. In addition to the nucleic acid crosslinking sequence, additional sequences must be included for the formation of a sufficient length for the formation of a circular template and for the production of a later functional nucleic acid hydrogel (eg, a nucleic acid hydrogel for protein synthesis), so spacers of various lengths are used. It was evaluated whether the secondary structure can be stably formed even when added. The Gibson free energy and secondary structure were predicted using RNAfold webserver [http://rna.tbi.univie.ac.at//cgi-bin/RNAWebSuite/RNAfold.cgi].

그 결과, 핵산가교서열 1(BYDV) 및 핵산가교서열 2(Prion) 모두 G4보다도 더욱 긴 길이의 스페이서(최대 300nt 이상)를 포함하는 경우에도 안정적으로 2차 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 구체적으로, 핵산가교서열 1은 왓슨-크릭 염기쌍 결합 기반의 2차 구조를 형성하였으며, 핵산가교서열 2는 Hoogsteen 염기 쌍 결합 기반의 RNA 4중합체 형태를 나타내는 것을 확인하였다(도 1).As a result, it was confirmed that both the nucleic acid crosslinking sequence 1 (BYDV) and the nucleic acid crosslinking sequence 2 (Prion) form a secondary structure stably even when they include a spacer (up to 300 nt or more) having a length longer than that of G4. Specifically, it was confirmed that nucleic acid crosslinking sequence 1 formed a secondary structure based on Watson-Crick base pair bonding, and nucleic acid crosslinking sequence 2 represents an RNA tetrapolymer form based on Hoogsteen base pair bonding (FIG. 1).

실시예 2: 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿 설계 및 RCT용 원형 핵산 템플릿 제조Example 2: Design of nucleic acid template for production of nucleic acid hydrogel and preparation of circular nucleic acid template for RCT

상기 선정된 핵산가교서열을 바탕으로 이에 상보적인 서열을 포함하는 핵산하이드로겔을 생산용 DNA 템플릿을 설계하였다. 핵산가교서열에 상보적인 서열(DNA 서열)은 다음 표 2와 같다.Based on the selected nucleic acid crosslinking sequence, a DNA template for producing a nucleic acid hydrogel containing a sequence complementary thereto was designed. The sequence (DNA sequence) complementary to the nucleic acid crosslinking sequence is shown in Table 2 below.

핵산가교서열에 상보적인 서열sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence 핵산가교서열 이름Nucleic acid crosslinking sequence name DNA 서열 (5'->3')DNA sequence (5'->3') 서열번호SEQ ID NO: 핵산가교서열 1(BYDV)Nucleic acid crosslinking sequence 1 (BYDV) CCGAAGTTCTGCCTGTTTCCCAGGATCCCCGAAGTTCTGCCTGTTTCCCAGGATCC 1010 핵산가교서열 2(Prion)Nucleic acid crosslinking sequence 2 (Prion) TCCTCCTCCTCCTCCTCCTCCTCC 1111 핵산가교서열 3(BYDV-m)Nucleic acid crosslinking sequence 3 (BYDV-m) CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC 1212 핵산가교서열 4(Prion-m)Nucleic acid crosslinking sequence 4 (Prion-m) ACCACCACCACCACCACCACCACC 1313 핵산가교서열 5(i1)Nucleic acid crosslinking sequence 5 (i1) AGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTA 1414 핵산가교서열 6(i2)Nucleic acid crosslinking sequence 6 (i2) AGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTT 1515 핵산가교서열 7(i3)Nucleic acid crosslinking sequence 7 (i3) AGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTA 1616 핵산가교서열 8(i4)Nucleic acid crosslinking sequence 8 (i4) AGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTT 1717

상기 핵산가교서열 외에도, 다양한 길이의 스페이서(30T, 60T, 90T, 120T 및 150T), 및 전사 개시를 위한 프로모터 서열(T7 프로모터)을 포함하도록 핵산 템플릿을 설계하였다. 원형 순환 순환 전사를 수행하기 위해서는 원형의 핵산템플릿이 필요하나 다양한 서열을 포함하는 원형 핵산 템플릿을 생산하는 것에 다소 어려움이 있으므로, 프로모터 서열을 분리하여 3'-말단 및 5'-말단에 포함하는 선형 핵산템플릿을 제조하였다. In addition to the nucleic acid crosslinking sequence, a nucleic acid template was designed to include spacers of various lengths (30T, 60T, 90T, 120T and 150T), and a promoter sequence for transcription initiation (T7 promoter). A circular nucleic acid template is required to perform circular cyclic transcription, but it is somewhat difficult to produce a circular nucleic acid template including various sequences. Nucleic acid templates were prepared.

본 발명의 실시예에서, 제조된 선형 핵산 템플릿은 아래 표 3과 같다.In an embodiment of the present invention, the prepared linear nucleic acid template is shown in Table 3 below.

핵산 템플릿Nucleic Acid Template 핵산 템플릿Nucleic Acid Template DNA 서열 (5'->3')DNA sequence (5'->3') 서열번호SEQ ID NO: 150T-BYDV template150T-BYDV template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCGAAGTTCTGCCTGTTTCCCAGGATCCCCGAAGTTCTGCCTGTTTCCCAGGATCC (PolyT(PolyT 150 ) ATCCCTATCCCT 1818 150T-Prion template150T-Prion template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA TCCTCCTCCTCCTCCTCCTCCTCC (PolyT(PolyT 150 ) ATCCCTATCCCT 1919 30T-BYDV-m template30T-BYDV-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC (PolyT(PolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT 2020 60T-BYDV-m template60T-BYDV-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC (PolyT(PolyT 60 ) ATCCCTATCCCT 2121 90T-BYDV-m template90T-BYDV-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC (PolyT(PolyT 9090 ) ATCCCTATCCCT 2222 120T-BYDV-m template120T-BYDV-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC (PolyT(PolyT 120120 ) ATCCCTATCCCT 2323 150T-BYDV-m template150T-BYDV-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA CCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCCCCATCAATATTCCGTAATCCCTTAATCC (PolyT(PolyT 150 ) ATCCCTATCCCT 2424 30T-Prion-m template30T-Prion-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA ACCACCACCACCACCACCACCACC (PolyT(PolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT 2525 60T-Prion-m template60T-Prion-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA ACCACCACCACCACCACCACCACC (PolyT(PolyT 60 ) ATCCCTATCCCT 2626 90T-Prion-m template90T-Prion-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA ACCACCACCACCACCACCACCACC (PolyT(PolyT 9090 ) ATCCCTATCCCT 2727 120T-Prion-m template120T-Prion-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA ACCACCACCACCACCACCACCACC (PolyT(PolyT 120120 ) ATCCCTATCCCT 2828 150T-Prion-m template150T-Prion-m template ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA ACCACCACCACCACCACCACCACC (PolyT(PolyT 150 ) ATCCCTATCCCT 29 30T-i130T-i1 ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA AGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTA (PolyT(PolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT 3030 30T-i230T-i2 ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA AGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTA (PolyT(PolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT 31 30T-i330T-i3 ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA AGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGGTA (PolyT(PolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT 3232 30T-i430T-i4 ATAGTGAGTCGTATTAATAGTGAGTCGTATTA AGGGTTAGGGTT
AGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTT (( PolyTPolyT 3030 ) ATCCCTATCCCT
33

*(PolyT n )은 티민(T)이 n번 반복되는 Poly T 서열을 의미함 * (PolyT n ) means a Poly T sequence in which thymine (T) is repeated n times

* 밑줄은 핵산가교서열을 나타냄* Underline indicates nucleic acid crosslinking sequence

* 이탤릭체는 분리된 프로모터 서열을 나타냄* Italics indicate isolated promoter sequences

상기 선형 핵산 템플릿을 사용하여 프로모터 서열에 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드와의 혼성화 및 결찰을 통해 완전한 원형 핵산 템플릿을 제조하였다. 구체적으로 제조된 선형 핵산 템플릿을 T7 프로모터 서열에 상보적인 서열을 포함하는 프라이머를 어닐링하여 닉(nick)을 포함하는 원형 핵산 템플릿을 형성하였다. 어닐링은 45uM DNA template, T7 promoter primer, 및 100mM NaCl 조건에서 95℃에서 5분 후 매분 1℃ 씩 쿨링하여 4℃ 까지 온도를 낮추어 진행하였다. 어닐링과정에서 사용된 선형 핵산 템플릿 및 올리고뉴클레오타이드(T7 프로모터 프라이머)는 각각 100mM NaCl 중 40μM 이다. 어닐링을 통해 형성된 닉을 포함하는 원형 핵산 템플릿(10 μM)은 T4 DNA 라이게이즈(Promega M1801)를 첨가하여 16℃에서 16시간동안 결찰하여 올리고뉴클레오타이드가 혼성화된 부분적으로 이중가닥을 갖는 완전한 원형 핵산 템플릿을 제조하였다. 결찰에 사용된 T4 DNA 라이게이즈의 부피 및 버퍼는 T4 DNA ligase kit(Promega M1801)의 프로토콜에 따라 수행되었다. 원형 핵산 템플릿의 제조를 위한 각 단계의 반응이 성공적으로 수행되었는지 여부는 각 단계에서 2% 아가로즈겔을 사용한 전기영동을 통해 확인하였다(도 2).A complete circular nucleic acid template was prepared through hybridization and ligation with an oligonucleotide having a sequence complementary to a promoter sequence using the linear nucleic acid template. Specifically, the prepared linear nucleic acid template was annealed with a primer including a sequence complementary to the T7 promoter sequence to form a circular nucleic acid template including a nick. Annealing was carried out by lowering the temperature to 4°C by cooling at 1°C per minute after 5 minutes at 95°C under the conditions of 45uM DNA template, T7 promoter primer, and 100mM NaCl. The linear nucleic acid template and oligonucleotide (T7 promoter primer) used in the annealing process were each 40 μM in 100 mM NaCl. A circular nucleic acid template (10 μM) containing a nick formed through annealing was ligated at 16°C for 16 hours by adding T4 DNA ligase (Promega M1801). A template was prepared. The volume and buffer of T4 DNA ligase used for ligation were performed according to the protocol of the T4 DNA ligase kit (Promega M1801). Whether the reaction of each step for the preparation of the circular nucleic acid template was successfully performed was confirmed through electrophoresis using a 2% agarose gel at each step (FIG. 2).

실시예 3: 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿을 이용한 핵산 하이드로겔의 합성Example 3: Synthesis of nucleic acid hydrogel using nucleic acid template for production of nucleic acid hydrogel

실시예 2에서 제조한 완전한 원형 핵산 템플릿을 이용한 하이드로겔의 합성은 Hiscribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit (New England Biolabs)를 사용한 원형 순환 전사방법으로 수행되었다. 구체적으로 1μM의 완전한 원형 템플릿을 주형으로 효소, NTP 및 버퍼(ATP 3μL, UTP 3μL, CTP 3μL, GTP 3μL, 10x buffer 3μL, T7 polymerase 3μL, 1μM template 3μL, DW 9μL)를 첨가하여 Hiscribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit의 제조사가 제공하는 프로토콜에 따라 전사한 뒤, 37℃에서 인큐베이션하였다. RNA 최대 수율은 2시간 배양 뒤에 도달할 것으로 예상되었으나, 전사 시작 이후 48시간 동안 지속되었다.The synthesis of the hydrogel using the complete circular nucleic acid template prepared in Example 2 was performed by circular circular transcription using the Hiscribe T7 High Yield RNA Synthesis Kit (New England Biolabs). Specifically, Hiscribe T7 High Yield by adding enzymes, NTPs and buffers (ATP 3μL, UTP 3μL, CTP 3μL, GTP 3μL, 10x buffer 3μL, T7 polymerase 3μL, 1μM template 3μL, DW 9μL) using 1μM complete circular template as a template After transcription according to the protocol provided by the manufacturer of the RNA Synthesis Kit, it was incubated at 37°C. Maximum RNA yield was expected to be reached after 2 h incubation, but persisted for 48 h after transcription initiation.

실시예 3-1: CITE 서열, prion 단백질 표적 압타머의 핵산가교서열 및 이의 변이체 서열 기반의 핵산 하이드로겔 합성Example 3-1: Synthesis of a nucleic acid hydrogel based on a CITE sequence, a nucleic acid crosslinking sequence of a prion protein target aptamer, and a mutant sequence thereof

상기 핵산 하이드로겔 합성 방법에 따라, CITE 서열(핵산가교서열 1, 표 1), prion 단백질 표적 압타머의 핵산가교서열(핵산가교서열 2, 표 1) 및 이의 변이체 서열(핵산가교서열 3 및 4, 표 1) 기반의 핵산 템플릿(서열번호 18 내지 33)을 사용하여, 핵산 하이드로겔을 제조하였다. According to the nucleic acid hydrogel synthesis method, CITE sequence (nucleic acid crosslinking sequence 1, Table 1), nucleic acid crosslinking sequence of prion protein target aptamer (nucleic acid crosslinking sequence 2, Table 1) and variant sequences thereof (nucleic acid crosslinking sequence 3 and 4) , Table 1) using a nucleic acid template based on (SEQ ID NOs: 18 to 33), a nucleic acid hydrogel was prepared.

도 3에 도시된 것과 같이, 상기 실시예 1에서 예상된 최대 길이에 가까운 스페이서(150 poly T)를 포함하는 핵산가교서열 1(BYDV)과 핵산가교서열 2(Prion) 기반의 핵산 템플릿(서열번호 18 및 19)을 사용하여 핵산을 합성하는 경우에 안정적인 핵산 하이드로겔이 생산되는 것을 확인하였다. 특히 핵산가교서열 1(BYDV)과 핵산가교서열 2(Prion)에서 주요하게 RNA 2차 구조를 형성하는 G/C 부분을 제외한 나머지 서열들을 G/C 함량이 10% 이하가 되도록 임의로 치환한 핵산가교서열 3(BYDV-m) 및 핵산가교서열 4(Prion-m) 기반의 핵산 템플릿(서열번호 20 및 29)또한 성공적으로 겔을 생성함을 확인하였다.As shown in FIG. 3, a nucleic acid cross-linking sequence 1 (BYDV) and a nucleic acid cross-linking sequence 2 (Prion)-based nucleic acid template (SEQ ID NO: 18 and 19), it was confirmed that a stable nucleic acid hydrogel was produced when nucleic acid was synthesized. In particular, in nucleic acid crosslinking sequence 1 (BYDV) and nucleic acid crosslinking sequence 2 (Prion), the remaining sequences except for the G/C portion that mainly form the secondary RNA structure are arbitrarily substituted so that the G/C content is 10% or less. It was confirmed that nucleic acid templates (SEQ ID NOs: 20 and 29) based on SEQ ID NO: 3 (BYDV-m) and nucleic acid cross-linking sequence 4 (Prion-m) also successfully generated gels.

이어서, 다양한 핵산가교서열로부터 만들어진 겔의 생성 강도를 확인하기 위해, AFM (atomic force microscopy) nanoindentation을 통해 indentation-force(load)를 측정하였다. 구체적으로 RNA 하이드로겔의 Force-indentation 곡선은 알루미늄 리플럭스 코팅(aluminum reflux coating)을 갖는 DNP-S probe cantilevers (공칭 스프링 상수(nominal spring constant): 0.12 N/m, tip 직경: 10 nm, 구동 주파수: 16-28 kHz)의 ScanAsyst mode를 사용하여 Nanoscope V controller (Bruker Inc.)로 얻었다. 어프로치 곡선은 Hertzian 접촉 모델을 사용하여 하이드로겔의 Young's modulus를 측정하는데 사용하였다. 하이드로겔 30 μL을 운모 기판(mica substrate)에 분사하고 피크 힘 탭핑 모드를 사용하여 힘 곡선을 얻었다.Next, in order to confirm the strength of gels made from various nucleic acid crosslinking sequences, indentation-force (load) was measured through AFM (atomic force microscopy) nanoindentation. Specifically, the force-indentation curve of the RNA hydrogel is DNP-S probe cantilevers with an aluminum reflux coating (nominal spring constant: 0.12 N/m, tip diameter: 10 nm, driving frequency) : 16-28 kHz) was obtained with a Nanoscope V controller (Bruker Inc.) using ScanAsyst mode. The approach curve was used to measure the Young's modulus of the hydrogel using the Hertzian contact model. 30 μL of the hydrogel was sprayed onto a mica substrate and a force curve was obtained using the peak force tapping mode.

도 4에 도시된 것과 같이, 각각의 핵산가교서열을 포함하는 핵산 하이드로겔(Poly T150)의 탄성률은 각각 상이하였으며, 구체적으로 53.6(BYDV), 74.3(BYDV-m), 및 100.1(Prion-m) Pa의 탄성률을 갖는 것으로 확인되었다. 따라서, 각각의 핵산가교서열을 포함하는 핵산 템플릿은 적용 분야 및 목적에 따라 적절하게 사용될 수 있다.As shown in Figure 4, the elastic modulus of the nucleic acid hydrogel (Poly T 150 ) including each nucleic acid crosslinking sequence was different, specifically 53.6 (BYDV), 74.3 (BYDV-m), and 100.1 (Prion- m) was confirmed to have an elastic modulus of Pa. Accordingly, a nucleic acid template including each nucleic acid cross-linking sequence may be appropriately used depending on the field of application and purpose.

실시예 3-2: CITE 서열, prion 단백질 표적 압타머의 핵산가교서열 변이체 서열 기반 핵산 하이드로겔의 용액 내 안정성 평가Example 3-2: Evaluation of stability in solution of nucleic acid hydrogel based on CITE sequence, nucleic acid crosslinking sequence variant sequence of prion protein target aptamer

서열번호 20 내지 29의 다양한 스페이서 길이를 포함하는 핵산가교서열 변이체(핵산가교서열 3(BYDV-m) 및 핵산가교서열 4(Prion-m)) 기반의 핵산 템플릿을 다양한 농도로 사용하여 합성된 핵산 하이드로겔의 용액 내 안정성을 확인하였다. 구체적으로, 세포추출물, 각종염, NTP, 아미노산, 시스테인, folinic acid, 및 PEG등을 포함하는 단백질 발현 버퍼에 제조된 핵산 하이드로겔을 넣고 1시간 간격으로 핵산 하이드로겔의 용액 내 안정성을 확인하였다. Nucleic acid synthesized using nucleic acid templates based on nucleic acid crosslinking sequence variants (nucleic acid crosslinking sequence 3 (BYDV-m) and nucleic acid crosslinking sequence 4 (Prion-m)) including various spacer lengths of SEQ ID NOs: 20 to 29 at various concentrations. The stability of the hydrogel in solution was confirmed. Specifically, the prepared nucleic acid hydrogel was put in a protein expression buffer containing cell extracts, various salts, NTP, amino acids, cysteine, folinic acid, and PEG, and the stability of the nucleic acid hydrogel in solution was confirmed at 1 hour intervals.

도 5에 도시된 것과 같이, 각각의 핵산 가교서열에 포함된 스페이서의 길이, 사용된 핵산 템플릿의 농도에 따라 상이한 안정성을 나타내는 것을 확인하였다. 이렇게 다변화된 가교 서열로부터 다양한 안정성을 갖는 생성되는 겔의 확인은 핵산가교서열의 선택, 스페이서의 길이 및 핵산 템플릿의 농도 조절을 통해 필요에 따라 핵산 하이드로겔의 안정성 및 분해 속도를 조절할 수 있음을 나타낸다. As shown in FIG. 5 , it was confirmed that stability was different depending on the length of the spacer included in each nucleic acid crosslinking sequence and the concentration of the nucleic acid template used. Identification of the resulting gel with various stability from the diversified cross-linking sequence indicates that the stability and degradation rate of the nucleic acid hydrogel can be controlled as needed through the selection of the nucleic acid cross-linking sequence, the length of the spacer, and the control of the concentration of the nucleic acid template. .

실시예 3-3: i-motif 형성 서열 기반의 핵산 하이드로겔 합성Example 3-3: Synthesis of nucleic acid hydrogel based on i-motif forming sequence

상기 핵산 하이드로겔 합성 방법에 따라, i-motif 형성 서열(서열번호 6 내지 9) 기반의 핵산 템플릿(서열번호 30 내지 33)을 사용하여, 핵산 하이드로겔을 제조하였다. 핵산 하이드로겔의 형성은 SYBR green II 용액에 전사 결과물을 침지하여, 염색함으로써 겔의 형상을 나타내는지 확인하였다. According to the nucleic acid hydrogel synthesis method, a nucleic acid hydrogel was prepared using a nucleic acid template (SEQ ID NO: 30 to 33) based on an i-motif forming sequence (SEQ ID NO: 6 to 9). Formation of the nucleic acid hydrogel was confirmed by immersing the transcription product in SYBR green II solution and staining to indicate the shape of the gel.

도 6에 도시된 것과 같이, 모든 경우에서 성공적으로 핵산 하이드로겔이 형성되는 것을 확인하였으며, 가교서열에 따라 RNA 생성량에 일부 차이가 있음을 확인하였다.As shown in Figure 6, it was confirmed that the nucleic acid hydrogel was successfully formed in all cases, and it was confirmed that there was some difference in the amount of RNA produced according to the crosslinking sequence.

실시예 4: 고분자 화합물을 사용한 핵산 하이드로겔의 안정화 및 핵산 하이드로겔 특성 분석Example 4: Stabilization of a nucleic acid hydrogel using a polymer compound and characterization of the nucleic acid hydrogel

다양한 핵산가교서열을 기반으로 다양한 특성을 나타내는 RNA 하이드로겔의 합성이 가능함을 확인한 뒤, 생체적합, 생분해성 고분자를 처리하는 경우 군집현상(crowding)을 통해 겔이 더욱 안정화될 수 있는지 확인하였다. 1 wt%의 400 Da PEG, 35 kDa PEG 를 원형 순환 전사과정과 함께 처리하거나(pre-treated) 이후에 처리하여(post-treated) 핵산 하이드로겔이 형성되는지 확인하였다. 후처리의 경우, RNA 하이드로겔에 동일한 양의 PEG를 처리하고 1시간동안 배양하였다.After confirming that the synthesis of RNA hydrogels exhibiting various characteristics is possible based on various nucleic acid crosslinking sequences, it was confirmed that the gel could be further stabilized through crowding when biocompatible, biodegradable polymers were treated. Formation of a nucleic acid hydrogel was confirmed by treating (pre-treated) or post-treated (post-treated) 1 wt% of 400 Da PEG and 35 kDa PEG. For post-treatment, the RNA hydrogel was treated with the same amount of PEG and incubated for 1 hour.

도 7에 도시된 것과 같이, PEG의 처리시기에 관계없이 RNA 하이드로겔이 성공적으로 형성되는 것을 확인하였으며, 다양한 경우의 PEG의 분자량에 관계없이 하이드로겔이 형성되었다. As shown in Figure 7, it was confirmed that the RNA hydrogel was successfully formed regardless of the treatment period of PEG, and in various cases, the hydrogel was formed regardless of the molecular weight of PEG.

PEG 처리시 구조확인을 위해 35kDa의 PEG를 후 처리하여 안정화된 RNA 하이드로겔을 Nano Drop 3100c (DE, USA)을 사용하여, 200-800 nm의 파장에서 UV-가시광선 분광법을 수행하였다. For structural confirmation during PEG treatment, the RNA hydrogel stabilized by post-treatment with PEG of 35 kDa was subjected to UV-visible light spectroscopy at a wavelength of 200-800 nm using Nano Drop 3100c (DE, USA).

도 8에 도시된 바와 같이, PEG를 처리하지 않은 RNA 겔이 260nm에서 고유 피크가 확인되는 것과 달리, PEG의 처리 이후에는 피크가 약화되어, PEG에 의해 안정적으로 RNA가 보강되었음을 확인하였다.As shown in FIG. 8 , unlike the intrinsic peak at 260 nm of the RNA gel not treated with PEG, the peak was weakened after treatment with PEG, confirming that RNA was stably reinforced by PEG.

실시예 5: 고분자 화합물 처리한 핵산 하이드로겔의 생체 내 안정성 테스트Example 5: In vivo stability test of nucleic acid hydrogel treated with polymer compound

PEG의 처리가 생체 내 안정성에 영향을 미치는지 확인하기 위해, PEG 처리유무에 따른 10% FBS (fetal bovine serum)에서의 안정성을 평가하였다. PEG를 처리하거나 처리하지 않고 생성한 RNA 하이드로겔 100 μL을 RNase가 풍부한 환경을 조성하기 위해 1000 μL의 10% FBS (fetal bovine serum)를 함유하는 패트리 접시에 첨가하였다. 핵산하이드로겔의 분해는 육안으로 확인하였으며, RNA의 총량을 확인하고자, 혈청의 추가적인 효과를 최소화하기 위해 각 시간 간격마다 샘플을 -20℃에 보관하고 겔 전기영동 분석을 위해 어닐링하였다.To determine whether PEG treatment affects in vivo stability, stability in 10% fetal bovine serum (FBS) with or without PEG treatment was evaluated. 100 μL of the RNA hydrogel generated with or without PEG treatment was added to a Petri dish containing 1000 μL of 10% fetal bovine serum (FBS) to create an RNase-rich environment. Decomposition of the nucleic acid hydrogel was visually confirmed, and in order to confirm the total amount of RNA, samples were stored at -20°C at each time interval to minimize the additional effect of serum and annealed for gel electrophoresis analysis.

도 9에 도시된 것과 같이, PEG 처리되지 않은 RNA 하이드로겔의 경우 FBS 환경에서 24시간뒤 완전히 분해되어 육안으로 확인 되지 않았으며, PEG를 처리한 핵산 하이드로겔의 경우 FBS 환경에서 보다 안정적으로 유지되어 24시간 후에도 겔의 회수가 가능하였다. As shown in Figure 9, in the case of an RNA hydrogel not treated with PEG, it was completely decomposed after 24 hours in the FBS environment and was not visually confirmed, and in the case of a nucleic acid hydrogel treated with PEG, it was maintained more stably in the FBS environment. It was possible to recover the gel even after 24 hours.

상기 결과들은, 본 발명의 RNA 하이드로겔 및 고분자화합물을 처리하여 생성된 RNA 하이드로겔이 생체 내 환경에서 사용가능성이 매우 뛰어남을 의미한다.The above results mean that the RNA hydrogel of the present invention and the RNA hydrogel produced by processing the polymer compound have very good usability in an in vivo environment.

이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby It will be obvious. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Progeneer Inc. <120> Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Method for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same <130> P21-B053 <160> 33 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> G-quadruplex seqeunce <400> 1 uaggguuagg gu 12 <210> 2 <211> 28 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 1(BYDV) <400> 2 ggauccuggg aaacaggcag aacuucgg 28 <210> 3 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 2(Prion) <400> 3 ggaggaggag ga 12 <210> 4 <211> 28 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 4(Prion-m) <400> 4 ggauuaaggg auuacggaau auugaugg 28 <210> 5 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 5(i-motif 1) <400> 5 ggugguggug gu 12 <210> 6 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 5(i-motif 1) <400> 6 uacccuuacc cu 12 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Sequence <220> <223> 30T-i3 template <400> 32 atagtgagtc gtattaaggg taagggtaag ggtaagggta tttttttttt tttttttttt 60 tttttttttt atccct 76 <210> 33 <211> 76 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 30T-i4 template <400> 33 atagtgagtc gtattaaggg ttagggttag ggttagggtt tttttttttt tttttttttt 60 tttttttttt atccct 76 <110> Progeneer Inc. <120> Template for Producing Nucleic Acid Hydrogel Based on Various Nucleic Acid Cross-Linking Sequences and Methods for Producing Nucleic Acid Hydrogel Using The Same <130> P21-B053 <160> 33 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> G-quadruplex sequence <400> 1 uaggguuagg gu 12 <210> 2 <211> 28 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 1 (BYDV) <400> 2 ggauccuggg aaacaggcag aacuucgg 28 <210> 3 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 2 (Prion) <400> 3 ggaggaggag ga 12 <210> 4 <211> 28 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 4 (Prion-m) <400> 4 ggauuaaggg auuacggaau auugaugg 28 <210> 5 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 5 (i-motif 1) <400> 5 ggugguggug gu 12 <210> 6 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 5 (i-motif 1) <400> 6 uacccuuacc cu 12 <210> 7 <211> 12 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 6 (i-motif 2) <400> 7 aacccuaacc cu 12 <210> 8 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 7 (i-motif 3) <400> 8 uacccuuacc cuuacccuua cccu 24 <210> 9 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cross linking sequence 8 (i-motif 4) <400> 9 aacccuaacc cuaacccuaa cccu 24 <210> 10 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 1 (BYDV) <400> 10 aacccuaacc cuaacccuaa cccu 24 <210> 11 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 2 (Prion) <400> 11 tcctcctcct cc 12 <210> 12 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 3 (BYDV-m) <400> 12 ccatcaatat tccgtaatcc cttaatcc 28 <210> 13 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 4 (Prion-m) <400> 13 accaccacca cc 12 <210> 14 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 5 (i1) <400> 14 aggtaaggg ta 12 <210> 15 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 6(i2) <400> 15 agggttaggg tt 12 <210> 16 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 7 (i3) <400> 16 agggtaaggg taagggtaag ggta 24 <210> 17 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Complementary sequence 8 (i4) <400> 17 agggttaggg ttagggttag ggtt 24 <210> 18 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 150T-BYDV template <400> 18 atagtgagtc gtattaccga agttctgcct gtttcccagg atcctttttt tttttttttt 60 ttttttttttt tttttttttt ttttttttt tttttttttt tttttttttt 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ttttttttttt tttttttttt ttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt 120 tttttttttt ttttatccct 140 <210> 23 <211> 170 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 120T-BYDV-m template <400> 23 atagtgagtc gtattaccat caatattccg taatccctta atcctttttt ttttttttt 60 ttttttttttt tttttttttt ttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt 120 ttttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt ttttatccct 170 <210> 24 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 150T-BYDV-m template <400> 24 atagtgagtc gtattaccat caatattccg taatccctta atcctttttt ttttttttt 60 ttttttttttt tttttttttt ttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt 120 tttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt tttttttttt 180 tttttttttt ttttatccct 200 <210> 25 <211> 64 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 30T-Prion-m template <400> 25 atagtgagtc gtattaacca ccaccacctt tttttttttt tttttttttt ttttttttat 60 ccct 64 <210> 26 <211> 94 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 60T-Prion-m template <400> 26 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Sequence <220> <223> 30T-i1 template <400> 30 atagtgagtc gtattaaggg taagggtatt tttttttttt tttttttttt ttttttttat 60 ccct 64 <210> 31 <211> 64 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 30T-i2 template <400> 31 atagtgagtc gtattaaggg taagggtatt tttttttttt tttttttttt ttttttttat 60 ccct 64 <210> 32 <211> 76 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 30T-i3 template <400> 32 atagtgagtc gtattaaggg taagggtaag ggtaagggta tttttttttt tttttttttt 60 tttttttttt atccct 76 <210> 33 <211> 76 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 30T-i4 template <400> 33 atagtgagtc gtattaggg ttagggttag ggttagggtt tttttttttt tttttttttt 60 tttttttttt atccct 76

Claims (20)

핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 핵산 하이드로겔의 생산용 핵산 템플릿으로,
상기 핵산가교서열은
i) CITE(cap-independent translation elements) 서열, 이의 단편 또는 변이체;
ii) 서열번호 3 또는 서열번호 5; 및
iii) i-motif 형성 서열로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
A nucleic acid template for the production of a nucleic acid hydrogel comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence,
The nucleic acid crosslinking sequence is
i) a cap-independent translation elements (CITE) sequence, a fragment or variant thereof;
ii) SEQ ID NO:3 or SEQ ID NO:5; and
iii) a nucleic acid template selected from the group consisting of i-motif forming sequences.
제1항에 있어서, 원형 핵산 템플릿인 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template according to claim 1, which is a circular nucleic acid template.
제2항에 있어서, 상기 CITE(cap-independent translation elements) 서열은 Satellite tobacco necrosis virus (STNV)유래의TED (translation enhancer domain), Barley yellow dwarf virus (BYDV) 유래의BTE (BYDV-like translation element), Panicum mosaic virus (PMV) 유래의PTE (PMV-like translation element), Turnip crinkle virus (TCV) 유래의TSS (T-shaped structure), Tomato bushy stunt virus (TBSV) 유래의Y-shaped, 및 Maize necrotic streak virus (MNeSV) 유래의 I-shaped에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
According to claim 2, wherein the CITE (cap-independent translation elements) sequence is Satellite tobacco necrosis virus (STNV) derived from TED (translation enhancer domain), Barley yellow dwarf virus (BYDV) derived from BTE (BYDV-like translation element) , PTE (PMV-like translation element) from Panicum mosaic virus (PMV), TSS (T-shaped structure) from Turnip crinkle virus (TCV), Y-shaped from Tomato bushy stunt virus (TBSV), and Maize necrotic A nucleic acid template selected from I-shaped from streak virus (MNeSV).
제2항에 있어서, 상기 i-motif 형성 서열은 반복단위를 1회 이상 포함하고,
상기 반복단위는 (Cndm)이며,
상기 n은 2 내지 10의 정수이고,
상기 m은 1 내지 3의 정수 인 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The method of claim 2, wherein the i-motif forming sequence comprises a repeating unit one or more times,
The repeating unit is (Cndm),
Wherein n is an integer of 2 to 10,
Wherein m is a nucleic acid template, characterized in that it is an integer of 1 to 3.
제1항에 있어서, 상기 핵산가교서열에 상보적인 서열은 서열번호 10 내지 서열번호 17로 구성된 군에서 선택되는 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template according to claim 1, wherein the sequence complementary to the nucleic acid crosslinking sequence comprises a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 10 to SEQ ID NO: 17.
제1항에 있어서, 프라이머 결합 부위 또는 프로모터 서열을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template according to claim 1, further comprising a primer binding site or a promoter sequence.
제6항에 있어서, 상기 프로모터 서열은 T7 프로모터, T5 프로모터, T3 프로모터, lac 프로모터, tac과 trc 프로모터, cspA 프로모터, lacUV5 프로모터, Ltet0-1 프로모터, phoA 프로모터, araBAD 프로모터, trp 프로모터, tetA 프로모터, Ptac 프로모터 및 SP6 프로모터로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
According to claim 6, wherein the promoter sequence is T7 promoter, T5 promoter, T3 promoter, lac promoter, tac and trc promoter, cspA promoter, lacUV5 promoter, Ltet0-1 promoter, phoA promoter, araBAD promoter, trp promoter, tetA promoter, A nucleic acid template selected from the group consisting of a Ptac promoter and an SP6 promoter.
제6항에 있어서, 상기 핵산 템플릿은 선형 핵산 템플릿이고,
상기 프라이머 결합 부위 또는 프로모터 서열은 분리되어 상기 선형 핵산 템플릿의 3'-말단 및 5'-말단에 위치하는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
7. The method of claim 6, wherein the nucleic acid template is a linear nucleic acid template,
The nucleic acid template, characterized in that the primer binding site or promoter sequence is separated and located at the 3'-end and 5'-end of the linear nucleic acid template.
제8항에 있어서, 상기 핵산 템플릿은 프라이머 결합 부위 또는 프로모터 서열에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드와 어닐링되어 닉(nick) 또는 공백을 포함하는 원형 템플릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template of claim 8 , wherein the nucleic acid template is annealed with an oligonucleotide comprising a sequence complementary to a primer binding site or a promoter sequence to form a circular template comprising a nick or a blank.
제1항에 있어서, 스페이서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template of claim 1, further comprising a spacer.
제10항에 있어서, 상기 스페이서는 15 내지 200bp의 길이인 것을 특징으로 하는 핵산 템플릿.
The nucleic acid template according to claim 10, wherein the spacer is 15 to 200 bp in length.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 핵산 템플릿을 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조용 조성물.
A composition for preparing a nucleic acid hydrogel comprising the nucleic acid template of any one of claims 1 to 11.
제12항에 있어서, 프라이머, 또는 프로모터 서열에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조용 조성물.
13. The composition of claim 12, further comprising an oligonucleotide comprising a sequence complementary to a primer or a promoter sequence.
제1항의 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
A method for producing a nucleic acid hydrogel comprising the step of synthesizing a nucleic acid using the nucleic acid template of claim 1 as a template.
제14항에 있어서, 상기 핵산을 합성하는 단계는 원형 순환 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA) 또는 원형 순환 전사(Rolling Circle Transcription; RCT)를 수행하는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the synthesizing of the nucleic acid comprises performing a rolling circle amplification (RCA) or a rolling circle transcription (RCT).
제15항에 있어서, 고분자 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 15, further comprising the step of reacting by adding a polymer compound.
제16항에 있어서, 상기 고분자 화합물을 첨가하여 반응시키는 단계는 핵산을 합성하는 단계 전, 핵산을 합성하는 단계와 동시 또는 핵산을 합성하는 단계 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
The method according to claim 16, wherein the step of adding and reacting the polymer compound is performed before the step of synthesizing the nucleic acid, simultaneously with the step of synthesizing the nucleic acid or after the step of synthesizing the nucleic acid. .
제16항에 있어서, 상기 고분자 화합물은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 히알루론산(HA), 저 녹는점 아가로스 (low melt agarose, LMA), 메틸 셀룰로스 (methyl cellulose, MC), 나이팜 (Poly (N-isopropylacrylamide, NIPAAm), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 나트륨 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 아크릴레이트 중합체(acrylate polymer), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 및 피브린(fibrin)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 16, wherein the high molecular compound is polyethylene glycol (PEG), hyaluronic acid (HA), low melting point agarose (low melt agarose, LMA), methyl cellulose (methyl cellulose, MC), nipalm (Poly (N) -isopropylacrylamide, NIPAAm), polyvinyl alcohol (Polyvinyl alcohol), sodium polyacrylate, acrylate polymer, collagen, gelatin, and from the group consisting of fibrin (fibrin) Method for producing a nucleic acid hydrogel, characterized in that selected.
(a) 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위가 분리되어 3'-말단 및 5'-말단에 존재하는 핵산가교서열에 상보적인 서열을 포함하는 선형 템플릿과 상기 프로모터 서열 또는 프라이머 결합 부위에 상보적인 서열을 포함하는 올리고뉴클레오타이드를 어닐링하는 단계;
(b) 상기 어닐링된 핵산 템플릿의 3'-말단 및 5'-말단을 결찰(ligation)하여 완전한 원형 핵산 템플릿을 생산하는 단계; 및
(c) 상기 완전한 원형 핵산 템플릿을 주형으로 핵산을 합성하는 단계를 포함하는 핵산 하이드로겔의 제조방법.
(a) a linear template comprising a sequence complementary to a nucleic acid crosslinking sequence present at the 3'-end and 5'-end by separating the promoter sequence or primer binding site, and a sequence complementary to the promoter sequence or the primer binding site annealing the oligonucleotide;
(b) ligating the 3'-end and 5'-end of the annealed nucleic acid template to produce a complete circular nucleic acid template; and
(c) a method for producing a nucleic acid hydrogel comprising the step of synthesizing a nucleic acid using the complete circular nucleic acid template as a template.
핵산가교서열이 자가 조립되어 형성되는 핵산 하이드로겔로,
상기 핵산가교서열은
i) CITE(cap-independent translation elements) 서열, 이의 단편 또는 변이체;
ii) 서열번호 3 또는 서열번호 5; 및
iii) i-motif 형성 서열로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 하이드로겔.
A nucleic acid hydrogel formed by self-assembly of nucleic acid crosslinking sequences,
The nucleic acid crosslinking sequence is
i) a cap-independent translation elements (CITE) sequence, a fragment or variant thereof;
ii) SEQ ID NO:3 or SEQ ID NO:5; and
iii) a nucleic acid hydrogel selected from the group consisting of i-motif forming sequences.
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