RU2124522C1 - Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения - Google Patents

Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения Download PDF

Info

Publication number
RU2124522C1
RU2124522C1 SU5060823A RU2124522C1 RU 2124522 C1 RU2124522 C1 RU 2124522C1 SU 5060823 A SU5060823 A SU 5060823A RU 2124522 C1 RU2124522 C1 RU 2124522C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nucleic acid
oligonucleotide
complexes
covalently bound
reaction
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
З.А. Шабарова
С.А. Кузнецова
Е.М. Волков
И.Э. Каневский
Original Assignee
Шабарова Зоя Алексеевна
Кузнецова Светлана Александровна
Волков Евгений Михайлович
Каневский Игорь Эрнестович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шабарова Зоя Алексеевна, Кузнецова Светлана Александровна, Волков Евгений Михайлович, Каневский Игорь Эрнестович filed Critical Шабарова Зоя Алексеевна
Priority to SU5060823 priority Critical patent/RU2124522C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2124522C1 publication Critical patent/RU2124522C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к биоорганической химии. Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота общей формулы I и II, где R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов, R', R", R"' -остатки нуклеиновой кислоты, n = 3-12, могут использоваться для изучения механизмов действия ферментов нуклеинового обмена в энзимологии. Соединения формулы I и II получают выдержкой эквимолекулярной смеси нуклеиновой кислоты и активного олигонуклеотидного зонда в водном буферном растворе в условиях устойчивости комплементарного комплекса при рН 6,0-9,0. Использование в качестве активных олигонуклеотидных зондов олигодезоксирибонуклеотидов (III-V) позволяет исключить дополнительную стадию введения реакционноспособной группы и повысить селективность образования комплексов I и II. 3 c. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Figure 00000001

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

Description

Изобретение относится к области биоорганической химии, а именно к получению ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, содержащих ковалентную связь в определенном месте нуклеотидной последовательности нуклеиновой кислоты (НК), общей формулы:
Figure 00000010

Figure 00000011

где
R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов
R', R'', R''' - остатки нуклеиновой кислоты;
Figure 00000012

Figure 00000013

которые могут использоваться в качестве новых аналогов субстратов для изучения механизмов действия ферментов нуклеинового обмена в энзимологии; в структурно-функциональных исследованиях белков и нуклеиновых кислот; в гибридизационном анализе нуклеиновых кислот; а также в других различных молекулярно-биологических исследованиях биополимеров.
Аналогами сходной структуры являются ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота типа (III):
Figure 00000014

где
R - остаток олигодезоксирибонуклеотида;
R', R'' - остатки нуклеиновой кислоты;
B - остатки гетероциклических оснований G, C, A.
Указанные соединения (III) образуются при взаимодействии алкилирующих производных олигонуклеотидов (IV) с комплементарными участками НК по следующей схеме [I]:
Figure 00000015

Недостатком ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК типа (III) является то, что при образовании этих соединений происходит алкилирование гетероциклических оснований, входящих в состав НК, что приводит к повышению лабильности N-гликозидных связей. В результате этого процесса возможно выщепление алкилированных гетероциклических оснований из полинуклеотидной цепи с последующим ее разрушением [2], что ограничивает сферу применения указанных соединений.
Для получения соединений типа (III) проводят реакцию между НК и комплементарным ее участку алкилирующим производным олигонуклеотида в 10 мМ трис HCl (pH 7,6), содержащем 0,1 М NaCl и 1 мМ EDTA, при 10 - 25oC в течение 0,5 - 3 суток. Выходы целевого продукта достигают 70 - 90%. При этом алкилированию подвергаются остатки гетероциклических оснований, отстоящих на 1 - 3 нуклеотида от конца комплементарного дуплекса.
Недостатком описанного способа получения является то, что используемые в реакции алкилирующие производные олигонуклеотидов (IV) обладают высокой реакционной способностью, приводящей к снижению ее селективности [3]. Кроме того, алкилированию подвергаются как остатки гуанина, так и остатки цитидина и аденина полинуклеотидной цепи, что приводит к образованию смеси продуктов ковалентного присоединения алкилирующих производных олигонуклеотидов к НК [4] . Это может затруднять интерпретацию результатов, полученных при использовании такого рода соединений для решения различных молекулярно-биологических задач. Еще одним недостатком является то, что синтез алкилирующих производных олигонуклеотидов представляет собой достаточно трудоемкий многостадийный процесс, требующий использования дорогостоящих и труднодоступных реагентов [5].
Задача изобретения - получение ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК общей формулы
Figure 00000016

Figure 00000017

где
R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов
R', R'', R''' - остатки нуклеиновой кислоты;
Figure 00000018

отличающихся от аналога (III) легкостью получения, более высокой селективностью образования ковалентной связи и возможностью ее избирательного расщепления с образованием исходных соединений, что делает эти соединения более доступными и удобными для практического использования и расширяет сферу их применения, и разработка способа их получения.
Поставленная задача достигается тем, что эквимолярную смесь нуклеиновой кислоты и активного олигонуклеотидного зонда выдерживают в водном буферном растворе в условиях устойчивости комплементарного комплекса при pH 6,0 - 9,0 с последующим выделением образующихся продуктов. Вместо алкилирующих производных олигонуклеотидов используются специально сконструированные олигонуклеотидные зонды, несущие активированную фосфатную группу, связанную с 3'-, 5'- или одновременно с 3', 5'-концами олигонуклеотида через гибкое спейсерное звено (V - VII).
RO-X-Y (V)
Y-X-OR (VI)
Y-X-ORO-X-Y- (VII)
где
R и X те же, что и для соединений (I) и (II)
Figure 00000019

Соединения (V - VII) получают в процессе автоматического синтеза олигонуклеотидов на полимере, содержащем β-этилсульфоновые группы, путем постадийных конденсаций стандартных мономерных компонентов амидофосфитного синтеза олигонуклеотидов, используя наряду с ними диметокситритильные производные O-β-цианэтил-N, N-диизопропиламидофосфитов алифатических гликолей и 1,2-дидезокси-D-рибофуранозы, причем эти производные добавляют либо (и) вначале постадийной конденсации, либо (и) в конце ее, а в качестве активирующих зонд соединений используют 1-этил-3(3'-диметиламинопропил)карбодиимид или N-оксибензотриазол.
В отличие от аналога (III), образование ковалентной связи происходит селективно при взаимодействии активированной фосфатной группы зонда с пространственно сближенной межнуклеотидной фосфатной группой НК в месте, непосредственно примыкающем к двуспиральному участку олигонуклеотидный зонд - НК, а введение в качестве ковалентной связи замещенной пирофосфатной дает возможность направленного контролируемого расщепления указанных комплексов по этой связи с образованием исходных соединений и тем самым использовать предлагаемые соединения для зондирования активных центров ферментов нуклеинового обмена и их аффинной модификации.
Соединения (I) и (II) получаются при взаимодействии активированной концевой фосфатной группы олигонуклеотидных зондов с пространственно сближенной межнуклеотидной фосфатной группой комплементарного участка НК по схеме:
Figure 00000020

или
Figure 00000021

где
R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов;
R', R'', R''' -остатки нуклеиновой кислоты;
X - спейсерная группы;
Y - активирующая фосфат группа.
Реакция протекает при выдерживании смеси НК и комплементарного ее участку активного олигонуклеотидного зонда, растворенных в эквимолярных соотношениях в водных буферных растворах при pH 6,0 - 9,0. При этом образуется замещенная пирофосфатная межнуклеотидная связь. Выход целевого продукта достигает 75%.
Отличие предлагаемого способа получения ковалентно-связанных комплексов (I) и (II) от способа получения аналога (III) состоит в использовании более простых по конструкции и способу получения компонентов реакции - активных олигонуклеотидных зондов, а также тем, что данную реакцию проводят в более широком интервале pH (6,0 - 9,0).
Использование этих зондов позволяет получать ковалентно-связанные комплексы с новым типом ковалентной связи. При этом исключается дополнительная стадия введения реакционноспособной группы, представляющей собой аналог азотистого иприта, который является достаточно дорогостоящим и труднодоступным препаратом. Это делает предлагаемые ковалентно-связанные комплексы более доступными и расширяет сферу их применения. Особенность конструкции олигонуклеотидных зондов дает возможность получать ковалентно-связанные комплексы с двумя ковалентными связями - одновременно по 3'- и 5'-концам олигонуклеотидных зондов и повысить селективность их образования, что также расширяет сферу применения этих соединений. Образование замещенной пирофосфатной связи в процессе получения ковалентно-связанных комплексов дает возможность их контролируемого избирательного расщепления под действием нуклеофильных агентов, в том числе и нуклеофильных групп ряда аминокислот, входящих в активные центры белков нуклеинового обмена, и тем самым открывает перспективы аффинной модификации и более детального изучения последних.
Предлагаемый способ получения ковалентно-связанных комплексов позволяет существенно расширить интервал значений pH, в котором возможно протекание данной реакции, вплоть до 9,0. Важно отметить, использование таких значений pH невозможно для аналога, поскольку в этом случае наблюдается гидролиз гликозидной связи с последующим разрушением углеводофосфатного остова нуклеиновых кислот [2].
Совокупность указанных отличительных признаков позволяет упростить процесс, сократить длительность приготовления ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК, снизить их стоимость за счет использования недорогостоящих компонентов.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Синтез
Figure 00000022

0,04 о.е. смеси эквимолярных количеств олигонуклеотидного зонда (X) (см. таблицу) и гептадекануклеотида
d(GTAAAACGACGGCCAGT) (IX)
(суммарная нуклеотидная концентрация 10-3 М) обрабатывали 0,2 М раствором КДИ в морфолиноэтансульфонатном буфере (pH 6,0), содержащем ионы двухвалентного металла, при 10oC в течение 2 суток. Контроль за ходом реакции осуществляли методом гель-электрофореза в 20% полиакриламидном геле (ПААГ), содержащем 7 М мочевину. Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей, образующихся при получении ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК приведена на фиг. 1. Выделение продуктов реакции из реакционной смеси проводили элюцией с ПААГ. Выход целевого продукта составил 75% (см. таблицу).
Образование ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотидных зондов (XI - XV) с гептадекануклеотидом (IX) под действием КДИ проводили аналогично. Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей приведена на фиг. 1. Выходы целевых продуктов приведены в таблице. Снижение температуры до 0oC не оказало существенного влияния на выходы образующихся продуктов.
Пример 2
0,1 о. е. олигонуклеотидного зонда (X) растворяли в 10 мкл 50% водного раствора диметилформамида (ДМФА). К раствору добавляли 2 М раствор N-оксибензотриазола в 50% ДМФА и 7 мг КДИ. Реакцию проводили в течение 2,5 ч при 8oC. Синтезированный с количественным выходом N-оксибензотриазоловый эфир выделяли высаживанием 2% раствором перхлората лития в ацетоне и затем к нему добавляли эквимольное количество гептадекануклеотида (IX), растворенного в N-(2-гидроксиэтил)пиперазин-N'-2-этаносульфонатном буфере (pH 8,75), содержащем ионы двухвалентного металла. Смесь инкубировали при 10oC в течение 2 суток. Контроль за ходом реакции и выделение продуктов осуществляли как в примере 1. Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей, образующихся при получении ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК приведена на фиг. 2. Выход целевого продукта составил 50% (см. таблицу).
Образование ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотидных зондов (XI - XV) с гептадекануклеотидом (IX) методом N-оксибензотриазоловых эфиров проводилось аналогично. Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей приведена на фиг. 2. Выходы целевых продуктов приведены в таблице.
Пример 3
Figure 00000023

Синтез соединения (XVII) под действием КДИ и методом N-оксибензотриазоловых эфиров проводили как описано в примерах 1 и 2 соответственно, используя в реакциях олигонуклеотидный зонд (XIII) (см. таблицу) и комплементарный ему 20-звенный олигонуклеотид d(ATGCGTTGTTCCATACAACC) (XVIII). Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей приведена на фиг. 3. Выход целевого продукта достигал 40%.
Пример 4
Синтез
Figure 00000024

где X=
Figure 00000025

Синтез соединения (XIX) под действием КДИ и методом N-оксибензотриазоловых эфиров проводили как описано в примерах 1 и 2 соответственно, используя в реакциях олигонуклеотидный зонд (XV) (см. таблицу) и гептадекануклеотид (IX). Радиоавтограмма гель-электрофореза реакционных смесей приведена на фиг. 2. Выход целевого продукта достигал 65%.
В таблице приведены выходы продуктов реакций образования ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК, полученных при взаимодействии олигонуклеотидных зондов (X - XVI) с комплементарными участками НК.
Испытания ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК
Проведенные исследования по изучению гидролитической устойчивости и свойств синтезированных ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК показали, что эти соединения устойчивы в водных буферных растворах (pH 6,0 - 8,5, 20oC), не содержащих сильных нуклеофилов, по крайней мере в течение 48 часов, а при -20oC могут храниться в течение нескольких месяцев. В то же время в присутствии таких нуклеофилов, как первичные, вторичные и третичные амины происходит расщепление замещенной пирофосфатной связи с образованием исходных соединений по схеме:
Figure 00000026

При обработке этих соединений 15% водным раствором уксусной кислоты или 0,1 н водным раствором NaOH также наблюдается образование исходных соединений.
Свойства полученных ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК иллюстрируются следующими примерами.
Пример 5
0,01 о. е. соединения (VIII) обрабатывали 15% водным раствором CH3COOH при 50oC в речение 2 ч. На фиг. 4. приведен радиоавтограф гель-электрофореза продуктов этой реакции. Гидролиз изучаемого соединения проходил на 10%.
Пример 6
0,1 о. е. соединения (VIII) выдерживали в 0,1 н NaOH при 20oC в течение 12 ч. Радиоавтограмма гель-электрофореза продуктов этой реакции приведена на фиг. 4. В результате реакции наблюдается количественный гидролиз (VIII) с образованием исходных соединений.
Пример 7
0,01 о. е. соединения (VIII) выдерживали в 0,5 М водном растворе этилендиамина (ЭДА) (pH 8,0) при 37oC в течение 1 сут. На фиг. 4 приведен радиоавтограф гель-электрофореза продуктов реакции аминолиза этого соединения. Как видно из этой фиг., при обработке соединения (VIII) ЭДА происходит количественное расщепление модифицированной связи и наблюдается образование ЭДА-производного гептадекануклеотида (IX).
Пример 8
Аналогичным образом, как описано в примерах 5 и 7, был проведен кислотный гидролиз и аминолиз ковалентно-связанного комплекса олигонуклеотид-НК следующей структуры:
Figure 00000027

Радиоавтограмма гель-электрофореза продуктов этих реакций
Пример 9
Синтез
Figure 00000028

Figure 00000029

0,04 о.е. смеси эквимольных количеств олигонуклеотидного зонда d(AGTGTGGTTAATGATCTACAGTT)pdRp и олигонуклеотидного зонда pdRpd(CACCAATTACTAGATGTCAATAATTT)p32, где
Figure 00000030

(суммарная нуклеотидная концентрация 10-3 М) обрабатывали 0,2 М раствором КДИ в морфолиноэтансульфонатном буфере (pH 6,0), содержащем ионы двухвалентного металла, при 10oC в течение 2 суток. Контроль за ходом реакции осуществляли методом гель-электрофореза в 20% полиакриламидном геле (ПААГ), содержащем 7 М мочевину. Выделение продуктов реакции из реакционной смеси проводили элюцией с ПААГ.
Пример 10
0,01 о.е. соединения (XXI) обрабатывали 15% водным раствором CH3COOH при 50oC в течение 2 ч. В ходе реакции проходил гидролиз изучаемого соединения с образованием исходных соединений.
Пример 11
0,1 о.е. соединения (XXI) выдерживали в 0,1 н NaOH при 20oC в течение 12 ч. В результате реакции наблюдается количественный гидролиз (XXI) с образованием исходных соединений.
Пример 12
0,01 о. е. соединения (XXI) выдерживали в 0,5 М водном растворе этилендиамина (ЭДА) (pH 8,0) при 37oC в течение 1 сут. В результате реакции происходит количественное расщепление модифицированной связи и наблюдается образование ЭДА-производного исходного олигонуклеотида.
Возможность избирательного расщепления полученных ковалентно-связанных комплексов олигонуклеотид-НК является важным преимуществом этих соединений и открывает новые перспективы их использования в молекулярной биологии и генной инженерии. Таким образом, предложенное техническое решение неизвестно из уровня техники, явным образом не следует из него и может быть без изменения использовано в отраслях народного хозяйства.
Источники информации
1. Власов В.В., Кнорре Д.Г., Кутявин И.В., Мамаев С.В., Подуст Л.М., Федорова О.С. Биоорган. химия. 1987, т. 13, N 9, с. 1221 - 1229.
2. Шабарова З. А. , Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М., 1978, с. 360 - 361.
3. Кнорре Д. Г., Зарытова В.Ф., Бадашкеева А.Г., Федорова О.С. Реакционноспособные производные олигонуклеотидов как геннаправленные биологически активные вещества. М.: "Итоги науки и техники". Сер. Биотехнология. 1991. т. 37, с. 1 - 182.
4. Vlasov V.V., Zarytova V.F., Kutiavin I.V, Mamaev S.V., Podyminogin M. A. Nucl. Acids Res., 1986, v. 14, N 10, p. 4065 - 4076.
5. Годовикова Т. С. , Зарытова В.Ф., Халимская Л.М. Биоорганич. химия, 1986, т. 12, N 4, с. 475 - 481.

Claims (3)

1. Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота общей формулы
Figure 00000031

где R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов;
R', R'' - остатки нуклеиновой кислоты;
Figure 00000032

n = 3 - 12.
2. Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота общей формулы
Figure 00000033

где R - остатки олигодезоксирибонуклеотидов;
R', R'', R''' - остатки нуклеиновой кислоты;
Figure 00000034

Figure 00000035

n = 3 - 12.
3. Способ получения ковалентно-связанных комплексов общих формул I и II, отличающийся тем, что эквимолярную смесь нуклеиновой кислоты и активного олигонуклеотидного зонда общих формул III, IV и V
RO - X - Y (III)
Y - X - OR (IV)
Y - X - OPO - X - Y - (V)
где R, X имеют вышеуказанные значения, а
Figure 00000036

Figure 00000037

выдерживают в водном буферном растворе, содержащем ионы двухвалентного металла, при рН 6,0 - 9,0 и температуре 0 - 10oC с последующим выделением целевых продуктов.
SU5060823 1992-07-10 1992-07-10 Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения RU2124522C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5060823 RU2124522C1 (ru) 1992-07-10 1992-07-10 Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5060823 RU2124522C1 (ru) 1992-07-10 1992-07-10 Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2124522C1 true RU2124522C1 (ru) 1999-01-10

Family

ID=21612584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5060823 RU2124522C1 (ru) 1992-07-10 1992-07-10 Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124522C1 (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. S.A. Kuznetsova, M.G. Jvanovskay, L.A. Shabarova, Bioorgan khimija, 16, 219 (1990) 2. L.A. Shabarova, M.G. Jvanovskay, M.G. Isaguliants, FEBS, Lett., 154, 288 (1983). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5541313A (en) Single-stranded labelled oligonucleotides of preselected sequence
US5015733A (en) Nucleosides possessing blocked aliphatic amino groups
US5118802A (en) DNA-reporter conjugates linked via the 2' or 5'-primary amino group of the 5'-terminal nucleoside
US5118800A (en) Oligonucleotides possessing a primary amino group in the terminal nucleotide
US4876335A (en) Poly-labelled oligonucleotide derivative
EP0379559B1 (en) Method and reagents for detecting nucleic acid sequences
JP2528107B2 (ja) ポリヌクレオチド測定試薬と方法
EP0135587B1 (en) Defined sequence single strand oligonucleotides incorporating reporter groups, process for the chemical synthesis thereof, and nucleosides useful in such synthesis
US4849513A (en) Deoxyribonucleoside phosphoramidites in which an aliphatic amino group is attached to the sugar ring and their use for the preparation of oligonucleotides containing aliphatic amino groups
EP0786468B1 (en) Solid support reagents for the direct synthesis of 3'-labeled polynucleotides
JP3544945B2 (ja) 個体支持体上のポリヌクレオチドの連結アセンブリおよび検出
EP1247815A2 (en) Modified oligonucleotides and uses thereof
Hanna et al. Synthesis and characterization of a new photocrosslinking CTP analog and its use in photoaffinity labeling E. coli and T7 RNA polymerases
KR20140064735A (ko) 표적 핵산 검출을 위한 방법 및 조성물
CA2297776A1 (en) Base analogues
JP2002527523A (ja) 機能付与したピリミジン誘導体
RU2124522C1 (ru) Ковалентно-связанные комплексы олигонуклеотид-нуклеиновая кислота, способ их получения
JPH0631310B2 (ja) 核酸又は核酸フラグメントを固相で酵素的に又は化学的及び酵素的に反応させるための担体及び核酸の固相合成法
EP0462224B1 (en) Sequencing nucleic acids using chemiluminescent detection
US6716971B1 (en) Pteridine nucleotide analogs
US7700289B2 (en) Method for labeling RNA
EP0244860B1 (en) Polynucleotide probes and a method for their preparation
RU2117011C1 (ru) Олигодезоксирибонуклеотиды и способ их получения
EP1112281B1 (en) Pteridine nucleotide analogs
RU2000300C1 (ru) Олигонуклеотид в качестве расщепл емого зонда и способ его получени