RU2139352C1 - Detection of biomolecules - Google Patents
Detection of biomolecules Download PDFInfo
- Publication number
- RU2139352C1 RU2139352C1 RU97115935A RU97115935A RU2139352C1 RU 2139352 C1 RU2139352 C1 RU 2139352C1 RU 97115935 A RU97115935 A RU 97115935A RU 97115935 A RU97115935 A RU 97115935A RU 2139352 C1 RU2139352 C1 RU 2139352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribozyme
- initiating
- nucleic acid
- sequence
- catalytically active
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу и набору для обнаружения присутствия каталитически активных рибозимов в среде. Способ и набор данного изобретения можно использовать в рамках способа и набора для обнаружения присутствия специфических биомолекул в тестируемой пробе. The invention relates to a method and kit for detecting the presence of catalytically active ribozymes in a medium. The method and kit of the present invention can be used as part of a method and kit for detecting the presence of specific biomolecules in a test sample.
Обнаружение присутствия специфических биомолекул, таких как сегменты ДНК или РНК, белки, антигены, антитела и т.д., в пробе необходимо для множества экспериментальных, диагностических и терапевтических целей. Существует большое число тестов для обнаружения белковых молекул, таких как гель-электрофорез, ВЭЖХ, аффинная хроматография, а также другие тесты, которые выполняют с использованием соответствующим образом меченого зонда. Хотя такие тесты являются удовлетворительными, когда детектируемая белковая биомолекула присутствует в достаточно больших количествах, они иногда являются недостаточно чувствительными для детектирования малых количеств биомолекул. Detection of the presence of specific biomolecules, such as DNA or RNA segments, proteins, antigens, antibodies, etc., in a sample is necessary for a variety of experimental, diagnostic and therapeutic purposes. There are a large number of tests to detect protein molecules, such as gel electrophoresis, HPLC, affinity chromatography, and other tests that are performed using an appropriately labeled probe. Although such tests are satisfactory when the detectable protein biomolecule is present in sufficiently large quantities, they are sometimes not sensitive enough to detect small quantities of biomolecules.
Последовательности ДНК или РНК могут быть обнаружены при помощи меченого зонда. Если последовательности ДНК или РНК, которые должны быть обнаружены, присутствуют лишь в очень малых количествах, их можно амплифицировать такими способами, как ЛЦР (лигазная цепная реакция), СРП (самоподдерживаемая репликация последовательности) или ПЦР (полимеразная цепная реакция). DNA or RNA sequences can be detected using a labeled probe. If the DNA or RNA sequences to be detected are present only in very small quantities, they can be amplified by methods such as LCR (ligase chain reaction), SRP (self-sustaining sequence replication), or PCR (polymerase chain reaction).
Хотя способы амплификации, такие как ПЦР, оказали чрезвычайно большое влияние на фундаментальные исследования, они медленно переносились в клинические условия. Первичной причиной этого является то, что необходимость автоматизации в сочетании с клиническими условиями взятия проб приводила к процессам, которые являются сложными, медленными и дорогостоящими. Необходимость применения белковых ферментов с их высокой чувствительностью в отношении факторов окружающей среды требует строго контролируемых условий, в которых они должны работать. Как правило, клиническая проба содержит много компонентов, которые могут мешать способности фермента проявлять его каталитическую активность. Кроме того, стандартные способы, применяемые для приготовления проб для выделения нуклеиновых кислот, такие как гуанидинтиоцианатный способ или фенольная экстракция, непригодны для ферментативной активности на основе белка и, следовательно, необходимо удалять целевую нуклеиновую кислоту из препарата пробы. Although amplification methods, such as PCR, had an extremely large impact on basic research, they were slowly transferred to clinical conditions. The primary reason for this is that the need for automation, combined with the clinical conditions for sampling, led to processes that are complex, slow, and expensive. The need to use protein enzymes with their high sensitivity to environmental factors requires strictly controlled conditions in which they must operate. Typically, a clinical sample contains many components that may interfere with the ability of an enzyme to exhibit its catalytic activity. In addition, standard methods used to prepare samples for the isolation of nucleic acids, such as the guanidine thiocyanate method or phenolic extraction, are unsuitable for protein-based enzymatic activity and, therefore, it is necessary to remove the target nucleic acid from the sample preparation.
Рибозимы представляют собой в типичном случае молекулы РНК, имеющие ферментподобные каталитические активности, такие как активности расщепления, сплайсинга или лигирования последовательностей нуклеиновых кислот. Известными субстратами для рибозимов являются молекулы РНК, хотя есть некоторые указания на то, что рибозимы могут действовать на молекулы ДНК и белки. Ribozymes are typically RNA molecules having enzyme-like catalytic activities, such as cleavage, splicing, or ligation of nucleic acid sequences. RNA molecules are known substrates for ribozymes, although there are some indications that ribozymes can act on DNA molecules and proteins.
Природные рибозимы, участвующие во внутриклеточных реакциях (цис-действующие), катализируют только единственный цикл и обычно самомодифицируются во время реакции. Однако можно сконструировать рибозимы для транс-действия истинно каталитическим образом, с оборачиваемостью, большей, чем один цикл, и без самомодификации. В рибозиме можно идентифицировать два отличающихся района: связывающий район, который придает рибозиму его специфичность благодаря гибридизации со специфической последовательностью нуклеиновой кислоты (и, возможно, со специфическими белками), и каталитический район, который наделяет рибозим активностью расщепления, лигирования или сплайсинга. Каждый класс рибозимов расщепляет отличающуюся последовательность нуклеотидов с использованием отличающегося механизма действия. Кроме того, каждый класс отличается числом нуклеотидных оснований, которые существенны для его каталитической активности, и степенью специфичности рибозима и последовательностью-мишенью (Roberts Н. Annual Review of Biochemistry, 61, pp. 641-671, (1992)). Natural ribozymes involved in intracellular reactions (cis-acting) catalyze only a single cycle and usually self-modify during the reaction. However, it is possible to construct ribozymes for the trans action in a truly catalytic manner, with a turnover greater than one cycle, and without self-modification. Two different regions can be identified in the ribozyme: the binding region, which gives the ribozyme its specificity due to hybridization with a specific nucleic acid sequence (and, possibly, specific proteins), and the catalytic region, which gives the ribozyme the activity of cleavage, ligation, or splicing. Each class of ribozymes cleaves a different nucleotide sequence using a different mechanism of action. In addition, each class is distinguished by the number of nucleotide bases that are essential for its catalytic activity, and the degree of specificity of the ribozyme and the target sequence (Roberts H. Annual Review of Biochemistry, 61, pp. 641-671, (1992)).
Недавно было предложено использовать рибозимы для лечения заболеваний или генетических расстройств путем расщепления РНК-мишени, такой как вирусная РНК или матричная РНК, транскрибируемые с генов, которые должны быть выключены. Этот способ предложен в качестве альтернативы блокированию транскрипции РНК с использованием антисмысловых последовательностей. Благодаря каталитической природе рибозима одна молекула рибозима расщепляет много молекул РНК-мишени и, следовательно, терапевтическая активность достигается в относительно меньших концентрациях, чем концентрации, требующиеся в лечении с применением антисмысловых последовательностей (WO 96/23569). Recently, it has been proposed to use ribozymes for the treatment of diseases or genetic disorders by cleaving target RNAs, such as viral RNA or messenger RNA, transcribed from genes that must be turned off. This method is proposed as an alternative to blocking RNA transcription using antisense sequences. Due to the catalytic nature of the ribozyme, a single ribozyme molecule cleaves many target RNA molecules and, therefore, therapeutic activity is achieved at relatively lower concentrations than those required for treatment using antisense sequences (WO 96/23569).
Использование рибозимов для диагностических целей упоминалось лишь изредка. В WO 94/13833 описан способ обнаружения молекул нуклеиновых кислот в растворе путем конструирования специфической молекулы рибозима, имеющей два района, один, комплементарный детектируемой нуклеиновой кислоте, и другой, комплементарный сопутствующей молекуле-мишени, несущей детектируемую метку. Рибозим способен специфически и обратимо связываться как с выбранной последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени, так и с меченой ко-мишенью. После связывания как мишени, так и ко-мишени рибозим подвергается конформационному изменению, которое делает его активным и способным отщеплять метку от ко-мишени, после чего свободную метку можно детектировать. При отщеплении ко-мишени рибозим способен повторно связываться с дополнительной ко-мишенью с отщеплением дополнительной метки и дополнительным продуцированием детектируемых сигналов. The use of ribozymes for diagnostic purposes was mentioned only occasionally. WO 94/13833 describes a method for detecting nucleic acid molecules in a solution by constructing a specific ribozyme molecule having two regions, one complementary to a detectable nucleic acid and the other complementary to a concomitant target molecule carrying a detectable label. Ribozyme is able to specifically and reversibly bind to both the selected target nucleic acid sequence and the labeled co-target. After binding of both the target and the co-target, the ribozyme undergoes a conformational change, which makes it active and able to cleave the tag from the co-target, after which a free tag can be detected. When a co-target is cleaved, the ribozyme is able to re-bind to the additional co-target with cleavage of the additional label and the additional production of detectable signals.
Хотя авторы WO/94/13833 назвали изобретение "амплификацией сигнала", в действительности происходит не амплификация количества продуцируемых рибозимов, а скорее имеет место чисто ферментативная реакция, в которой каталитическое вещество (в этом случае рибозим) расщепляет субстрат (в этом случае ко-мишень) и затем диссоциирует и расщепляет другой субстрат. Это не является истинной амплификацией количества активных рибозимов, участвующих в реакции. Although the authors of WO / 94/13833 called the invention “signal amplification,” the actual effect is not amplification of the amount of ribozymes produced, but rather a purely enzymatic reaction in which a catalytic substance (in this case, a ribozyme) cleaves the substrate (in this case, the co-target ) and then dissociates and cleaves another substrate. This is not a true amplification of the number of active ribozymes involved in the reaction.
Ниже дан словарь специальных терминов, использованных в следующем далее описании и формуле изобретения. Однако этот словарь не должен рассматриваться отдельно и для полного понимания различных терминов и значений, которые эти термины имеют в контексте данного изобретения, словарь специальных терминов следует читать вместе с остальным описанием. The following is a glossary of specific terms used in the following description and claims. However, this dictionary should not be considered separately and for a complete understanding of the various terms and meanings that these terms have in the context of this invention, the dictionary of special terms should be read along with the rest of the description.
Рибозим - молекула нуклеиновой кислоты, которая обладает ферментподобной каталитической активностью. Термин "рибозим" в применении в данной области знаний в общем относится к молекулам РНК, имеющим каталитическую активность, хотя в контексте данного изобретения этот термин используют для обозначения как правило каталитически активного (ферментподобного) олигонуклеотида. Таким образом, рибозим данного изобретения может быть молекулой РНК, может быть олигонуклеотидом, содержащим dNTP или состоящим целиком из dNTP, и может также содержать различные природно не встречающиеся нуклеотиды, такие как IsoG или IsoC 5'-O-(1-тиотрифосфат)нуклеозиды и 5-O-метилнуклеотиды. Рибозим, который может быть использован в соответствии с данным изобретением, может состоять исключительно из описанных выше нуклеиновых кислот или может требовать кофактора для его каталитической активности. Рибозимы могут иметь каталитическую активность расщепления, лигирования или сплайсинга (удаления) олигонуклеотидной последовательности, добавления групп к олигонуклеотидам, реаранжировки последовательностей нуклеиновых кислот и т.д. Ribozyme is a nucleic acid molecule that has enzyme-like catalytic activity. The term "ribozyme" as used in this field of knowledge generally refers to RNA molecules having catalytic activity, although in the context of this invention this term is used to refer to a generally catalytically active (enzyme-like) oligonucleotide. Thus, the ribozyme of the present invention may be an RNA molecule, may be an oligonucleotide containing dNTP or consisting entirely of dNTP, and may also contain various naturally occurring nucleotides, such as IsoG or IsoC 5'-O- (1-thiotriphosphate) nucleosides and 5-O-methyl nucleotides. The ribozyme that can be used in accordance with this invention may consist solely of the nucleic acids described above, or may require a cofactor for its catalytic activity. Ribozymes can have catalytic activity by cleaving, ligating, or splicing (removing) an oligonucleotide sequence, adding groups to oligonucleotides, rearranging nucleic acid sequences, etc.
Анализируемая (тестируемая) биомолекула - молекула, присутствие которой в тест-пробе должно быть определено. Она может быть олигонуклеотидом или членом пары узнавания, такой как рецептор/лиганд, антитело/антиген, лектин/гликопротеин, и т.д. Инициирующий рибозим - рибозим, который инициирует реакцию, в которой продуцируется больше рибозимов, что со временем приводит к генерированию детектируемой метки. При использовании способа данного изобретения для обнаружения биомолекул инициирующий рибозим является частью системы детектирования (см. ниже) и служит в качестве репортера для присутствия тестируемой биомолекулы, так как только в присутствии тестируемых биомолекул он либо образуется, либо становится каталитически активным. Присутствие активного инициирующего рибозима активирует каталитическую систему (см. ниже). The analyzed (tested) biomolecule is a molecule whose presence in the test sample must be determined. It can be an oligonucleotide or a member of a recognition pair, such as a receptor / ligand, antibody / antigen, lectin / glycoprotein, etc. An initiating ribozyme is a ribozyme that initiates a reaction in which more ribozymes are produced, which eventually leads to the generation of a detectable label. When using the method of the present invention to detect biomolecules, the initiating ribozyme is part of the detection system (see below) and serves as a reporter for the presence of the test biomolecule, since only in the presence of the tested biomolecules it either forms or becomes catalytically active. The presence of an active initiating ribozyme activates the catalytic system (see below).
Система детектирования - комбинация молекул и реагентов, которая позволяет продуцировать или активировать каталитически активный инициирующий рибозим, который служит в качестве репортера для присутствия тестируемых биомолекул в тест-пробе. Другими словами, в присутствии тестируемых биомолекул, после реакции или каскада реакций, в конечном итоге образуется каталитически активный инициирующий рибозим. Присутствие инициирующего рибозима подтверждается в каталитической системе (см. ниже), где он приводит к образованию большего количества активных рибозимов амплифицирующим образом (затем сами рибозимы или продукт их каталитической активности, например, свободная метка, определяют в конечной стадии теста). A detection system is a combination of molecules and reagents that allows the production or activation of a catalytically active initiating ribozyme, which serves as a reporter for the presence of test biomolecules in a test sample. In other words, in the presence of the tested biomolecules, after a reaction or cascade of reactions, a catalytically active initiating ribozyme is ultimately formed. The presence of the initiating ribozyme is confirmed in the catalytic system (see below), where it leads to the formation of more active ribozymes in an amplifying manner (then the ribozymes themselves or the product of their catalytic activity, for example, a free label, is determined at the final stage of the test).
Неактивный рибозим - потенциально каталитически активный рибозим, который не может проявлять его каталитическую активность (расщепление, сплайсинг, лигирование и т.д.), пока он не будет модифицирован или пока условия в среде не будут изменены на такие, в которых он становится активным. An inactive ribozyme is a potentially catalytically active ribozyme that cannot exhibit its catalytic activity (cleavage, splicing, ligation, etc.) until it is modified or the conditions in the environment are changed to those in which it becomes active.
Активация - превращение неактивного рибозима в каталитически активный посредством какого-либо типа каталитического действия (расщепления, сплайсинга, лигирования, присоединения групп, реаранжировки) или путем изменения внешних условий (например, путем добавления ионов магния). Activation is the conversion of an inactive ribozyme to a catalytically active one through some type of catalytic action (splitting, splicing, ligation, attachment of groups, rearrangement) or by changing external conditions (for example, by adding magnesium ions).
Ингибиторная часть молекулы - часть молекулы, которая может иногда присутствовать во второй комплексной молекуле (см. ниже) и которая в случае ее присутствия делает инициирующий рибозим неактивным. Ингибиторный эффект ингибиторной части молекулы может быть прекращен ее модификацией или удалением из комплексной молекулы. The inhibitory part of the molecule is the part of the molecule that can sometimes be present in the second complex molecule (see below) and which, if present, makes the initiating ribozyme inactive. The inhibitory effect of the inhibitory part of the molecule can be terminated by its modification or removal from the complex molecule.
Комплексная молекула - молекула, которая образует часть системы детектирования в соответствии с вариантом данного изобретения, называемым здесь "вариантом активации". В одном способе проведения варианта активации используют "первую комплексную молекулу", содержащую инициирующий рибозим, который a priori каталитически неактивен (например, благодаря отсутствию ионов магния в среде), соединенный с последовательностью, способной отщепляться активным инициирующим рибозимом, и содержащую, кроме того, биомолекулу узнавания (см. ниже). В другом способе проведения варианта активации используют "вторую комплексную молекулу", содержащую инициирующий рибозим, который a priori каталитически неактивен и соединен с последовательностью, способной отщепляться активным инициирующим рибозимом, и содержащую, кроме того, биомолекулу узнавания (см. ниже). Кроме того, вторая комплексная молекула содержит ингибиторную часть молекулы. A complex molecule is a molecule that forms part of a detection system in accordance with an embodiment of the invention, referred to herein as an “activation option”. In one method of carrying out the activation variant, a “first complex molecule” is used containing an initiating ribozyme that is a priori catalytically inactive (for example, due to the absence of magnesium ions in the medium), connected to a sequence capable of being cleaved by an active initiating ribozyme, and containing, in addition, a biomolecule recognition (see below). In another method of carrying out the activation variant, a “second complex molecule” is used containing an initiation ribozyme that is a priori catalytically inactive and connected to a sequence capable of cleaving off an active initiation ribozyme, and which also contains a recognition biomolecule (see below). In addition, the second complex molecule contains an inhibitory part of the molecule.
Биомолекула узнавания - молекула, способная специфически узнаваться и связываться с тестируемой биомолекулой. Если тестируемая биомолекула является олигонуклеотидной последовательностью, биомолекула узнавания является комплементарной последовательностью. Если тестируемая молекула является членом пары узнавания (такой как антигенантитело), то биомолекула узнавания является другим членом этой пары. Recognition biomolecule is a molecule capable of specifically recognizing and binding to a test biomolecule. If the test biomolecule is an oligonucleotide sequence, the recognition biomolecule is a complementary sequence. If the test molecule is a member of a recognition pair (such as an antigen-antibody), then the recognition biomolecule is another member of this pair.
Первый олигонуклеотид - олигонуклеотид, обычно молекула ДНК, который содержит в направлении от 3'к 5': двухцепочечный функциональный промотор, одноцепочечную последовательность, которая кодирует последовательность, комплементарную последовательности инициирующих рибозимов, одноцепочечную последовательность, идентичную (с необходимыми заменами U на Т) последовательности РНК, способной расщепляться каталитически активным инициирующим рибозимом, и одноцепочечную последовательность, комплементарную 5'-части детектируемой олигонуклеотидной последовательности. The first oligonucleotide is an oligonucleotide, usually a DNA molecule, which contains in the direction from 3 ′ to 5 ′: a double-stranded functional promoter, a single-stranded sequence that encodes a sequence complementary to the sequence of initiating ribozymes, a single-stranded sequence identical (with the necessary substitutions of U for T) of the RNA sequence capable of being cleaved by a catalytically active initiating ribozyme and a single chain sequence complementary to the 5'-part of the detected oligonucleot bitstream.
Второй олигонуклеотид - олигонуклеотид, обычно молекула ДНК, который содержит в направлении от 3'к 5': одноцепочечную 3'-часть, комплементарную детектируемой олигонуклеотидной последовательности, и триггерную олигонуклеотидную матрицу (см. ниже). The second oligonucleotide is an oligonucleotide, usually a DNA molecule, which contains in the direction from 3 ′ to 5 ′: a single-stranded 3 ′ moiety complementary to the detected oligonucleotide sequence, and a trigger oligonucleotide matrix (see below).
Триггерная олигонуклеотидная матрица - олигонуклеотидная последовательность, которая является частью второго олигонуклеотида, продукт транскрипции которой способен гибридизоваться с обратной промоторной конструкцией (см. ниже). A trigger oligonucleotide matrix is an oligonucleotide sequence that is part of a second oligonucleotide whose transcription product is capable of hybridizing with the reverse promoter construct (see below).
Триггерная олигонуклеотидная последовательность - продукт транскрипции триггерной олигонуклеотидной матрицы, способный гибридизоваться с обратной промоторной конструкцией (см. ниже) и после дополнения обратного промотора до функционального промотора может приводить к транскрипции олигонуклеотидной последовательности, к которой он присоединен. A trigger oligonucleotide sequence is a transcription product of a trigger oligonucleotide matrix that is capable of hybridizing with the reverse promoter construct (see below) and, after complementing the reverse promoter with a functional promoter, can lead to transcription of the oligonucleotide sequence to which it is attached.
Олигонуклеотид с нематричной цепью - продукт транскрипции олигонуклеотидного гибрида, полученного гибридизацией анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты, первого олигонуклеотида и второго олигонуклеотида, который содержит в направлении от 3'к 5': триггерную олигонуклеотидную последовательность, последовательность, комплементарную тестируемой биомолекуле, последовательность, комплементарную последовательности, расщепляемой инициирующим рибозимом, и последовательность, комплементарную инициирующему рибозиму. An oligonucleotide with a nematrix chain is the product of transcription of an oligonucleotide hybrid obtained by hybridization of the analyzed nucleic acid sequence, the first oligonucleotide and the second oligonucleotide, which contains in the direction from 3 'to 5': a trigger oligonucleotide sequence, a sequence complementary to the test sequence, a complementary biomelic sequence initiating ribozyme, and a sequence complementary to the initiating ribozyme.
Обратная промоторная конструкция - одноцепочечная промоторная последовательность, присоединенная к одноцепочечной последовательности, способной гибридизоваться с триггерной олигонуклеотидной последовательностью. После гибридизации с триггерной олигонуклеотидной последовательностью и при действии подходящей ДНК-полимеразы создается функциональный двухцепочечный промотор, который в присутствии системы транскрипции (см. ниже) способен продуцировать конечный олигонуклеотидный транскрипт (см. ниже). Reverse promoter construct is a single-stranded promoter sequence attached to a single-stranded sequence capable of hybridizing with a trigger oligonucleotide sequence. After hybridization with the trigger oligonucleotide sequence and under the action of a suitable DNA polymerase, a functional double-stranded promoter is created that is capable of producing the final oligonucleotide transcript in the presence of a transcription system (see below) (see below).
Конечный олигонуклеотидный транскрипт - продукт транскрипции олигонуклеотидных гибридов, полученных после гибридизации обратной промоторной конструкции, олигонуклеотида с нематричной цепью (после дополнения этого промотора подходящей ДНК-полимеразой до двухцепочечного функционального промтора), который содержит в направлении от 5' к 3': последовательность инициирующего рибозима, последовательность, способную отщепляться инициирующим рибозимом, последовательность, кодирующую комплемент детектируемой последовательности на тестируемой биомолекуле, и последовательность, кодирующую комплемент триггерной олигонуклеотидной матрицы. Инициирующий рибозим в этом конечном олигонуклеотидном транскрипте может отщеплять смежную последовательность, высвобождаясь таким образом и давая свободный, полностью активный инициирующий рибозим. The final oligonucleotide transcript is the product of transcription of oligonucleotide hybrids obtained after hybridization of the reverse promoter construct, an oligonucleotide with a non-matrix strand (after the addition of this promoter with suitable DNA polymerase to a double-stranded functional promoter), which contains in the direction from 5 'to 3': the sequence of the initiating ribozyme a sequence capable of being cleaved by an initiating ribozyme, a sequence encoding the complement of a detectable sequence on a tester biomolecule, and the sequence encoding the complement of the trigger oligonucleotide matrix. The initiating ribozyme in this final oligonucleotide transcript can cleave the adjacent sequence, thus being released and giving a free, fully active initiating ribozyme.
Третья олигонуклеотидная последовательность - последовательность нуклеиновой кислоты, комплементарная 5'-части детектируемой последовательности в тестируемой биомолекуле. The third oligonucleotide sequence is a nucleic acid sequence complementary to the 5'-part of the detected sequence in the test biomolecule.
Третья композиционная молекула - молекула, используемая в "варианте сборки" данного изобретения, которая содержит третью олигонуклеотидную последовательность, соединенную с частью инициирующего рибозима. Она также необязательно содержит последовательность, отщепляемую активным инициирующим рибозимом. A third compositional molecule is a molecule used in an “assembly variant” of the present invention, which contains a third oligonucleotide sequence linked to a portion of the initiating ribozyme. It also optionally contains a sequence cleaved by the active initiating ribozyme.
Четвертая олигонуклеотидная последовательность - олигонуклеотидная последовательность, комплементарная 3'-части детектируемой последовательности тестируемой биомолекулы. The fourth oligonucleotide sequence is an oligonucleotide sequence complementary to the 3'-part of the detected sequence of the test biomolecule.
Четвертая композиционная молекула - молекула, используемая в "варианте сборке" данного изобретения, которая состоит из четвертой олигонуклеотидной последовательности, соединенной с частью инициирующего рибозима, требуемой для дополнения части, присутствующей в третьей композиционной молекуле, для получения полного каталитически активного рибозима. Она также необязательно содержит последовательность, отщепляемую активным инициирующим рибозимом. Fourth Compound Molecule — The molecule used in the “assembly variant” of the present invention, which consists of a fourth oligonucleotide sequence coupled to a portion of the initiating ribozyme required to complement the portion present in the third composite molecule to produce a complete catalytically active ribozyme. It also optionally contains a sequence cleaved by the active initiating ribozyme.
Каталитическая система - ансамбль молекул и реакционных смесей, который в присутствии каталитически активного рибозима продуцирует детектируемый сигнал. Этот ансамбль молекул содержит комбинацию композиционных молекул, включающую рибозим, который a priori неактивен. В одном варианте каталитическая система содержит реагенты и комбинацию первой композиционной молекулы и второй композиционной молекулы (см. ниже), включающих в себя первый и второй рибозим (неактивный) соответственно. Первый и второй рибозимы априорно неактивны и каждый или оба могут активироваться каталитически активным инициирующим рибозимом. Активный первый рибозим может активировать неактивные молекулы второго рибозима и активные молекулы второго рибозима могут активировать неактивный первый рибозим, амплифицируя количество активного рибозима по принципу положительной обратной связи. Альтернативно, первый и второй рибозимы могут быть иммобилизованы или пространственно отделены друг от друга и отщепление одного или обоих инициирующим рибозимом вызывает их высвобождение в среду. Будучи высвобожденными, свободные рибозимы могут высвобождать иммобилизованные вторые рибозимы, а свободные вторые рибозимы могут в свою очередь высвобождать свободный первый рибозим, вызывая каскад самоамплифицирующей реакции, который быстро приводит к амплификации числа активных рибозимов по способу положительной обратной связи. Catalytic system - an ensemble of molecules and reaction mixtures, which in the presence of a catalytically active ribozyme produces a detectable signal. This ensemble of molecules contains a combination of composite molecules, including a ribozyme, which is a priori inactive. In one embodiment, the catalytic system comprises reagents and a combination of a first composite molecule and a second composite molecule (see below), including the first and second ribozyme (inactive), respectively. The first and second ribozymes are a priori inactive and each or both can be activated by a catalytically active initiating ribozyme. The active first ribozyme can activate the inactive molecules of the second ribozyme and the active molecules of the second ribozyme can activate the inactive first ribozyme by amplifying the amount of active ribozyme according to the principle of positive feedback. Alternatively, the first and second ribozymes can be immobilized or spatially separated from each other, and cleavage of one or both of the initiating ribozymes causes them to be released into the medium. Once released, free ribozymes can release immobilized second ribozymes, and free second ribozymes can in turn release free first ribozyme, causing a cascade of self-amplifying reaction that quickly leads to amplification of the number of active ribozymes by the positive feedback method.
Каталитическая система может также включать, согласно другому варианту, только один вид композиционных молекул, которые иммобилизованы или пространственно отделены друг от друга, в реакционном сосуде, которые априорно неактивны. Инициирующий рибозим активирует неактивный рибозим или высвобождает рибозим из композиционной молекулы и молекулы активного или высвобожденного рибозима действуют затем, соответственно активируя неактивные или высвобождая иммобилизованные другие рибозимы, вызывая затем каскад самоамплифицирующей реакции, который быстро приводит к амплификации числа активных рибозимов по принципу положительной обратной связи. The catalyst system may also include, according to another embodiment, only one type of composite molecules that are immobilized or spatially separated from each other, in the reaction vessel, which are a priori inactive. The initiating ribozyme activates an inactive ribozyme or releases a ribozyme from a composite molecule, and the molecules of the active or released ribozyme then act accordingly, activating inactive or releasing immobilized other ribozymes, then causing a cascade of self-amplifying reaction, which quickly leads to amplification of the number of active ribozymes by the principle of feedback.
В результате активации или высвобождения рибозима продуцируется детектируемый сигнал, который указывает на присутствие инициирующего рибозима в среде. As a result of activation or release of the ribozyme, a detectable signal is produced that indicates the presence of the initiating ribozyme in the medium.
Первая композиционная молекула содержит первый рибозим (см. ниже), необязательно меченный, соединенный со второй последовательностью нуклеиновой кислоты (см. ниже). The first compositional molecule contains a first ribozyme (see below), optionally labeled, connected to a second nucleic acid sequence (see below).
Вторая композиционная молекула содержит второй рибозим (см. ниже), необязательно меченный, соединенный с первой последовательностью нуклеиновой кислоты (см. ниже). The second composite molecule contains a second ribozyme (see below), optionally labeled, connected to the first nucleic acid sequence (see below).
Первая последовательность нуклеиновой кислоты - олигонуклеотидная последовательность, которая является частью второй композиционной молекулы и которая является мишенью для каталитической активности первого рибозима (см. ниже). После воздействия каталитической активности первого рибозима на первую последовательность нуклеиновой кислоты второй рибозим (см. ниже) либо высвобождается в среду, либо становится каталитически активным. The first nucleic acid sequence is the oligonucleotide sequence, which is part of the second composite molecule and which is the target for the catalytic activity of the first ribozyme (see below). After the catalytic activity of the first ribozyme acts on the first nucleic acid sequence, the second ribozyme (see below) is either released into the medium or becomes catalytically active.
Вторая последовательность нуклеиновой кислоты - олигонуклеотидная последовательность, которая является частью первой композиционной молекулы и которая является мишенью для каталитической активности второго рибозима (см. ниже). После воздействия каталитической активности второго рибозима на вторую последовательность нуклеиновой кислоты первый рибозим (см. ниже) либо высвобождается в среду, либо становится каталитически активным. The second nucleic acid sequence is the oligonucleotide sequence, which is part of the first composite molecule and which is the target for the catalytic activity of the second ribozyme (see below). After the catalytic activity of the second ribozyme acts on the second nucleic acid sequence, the first ribozyme (see below) is either released into the medium or becomes catalytically active.
Первый рибозим - часть первой композиционной молекулы - способен отщеплять первую последовательность нуклеиновой кислоты и идентичен по его каталитической активности инициирующему рибозиму. Он является необязательно меченным. The first ribozyme - part of the first composite molecule - is capable of cleaving the first nucleic acid sequence and is identical in its catalytic activity to the initiating ribozyme. It is optionally labeled.
Второй рибозим - часть второй композиционной молекулы - способен отщеплять вторую последовательность нуклеиновой кислоты и является необязательно меченным. The second ribozyme, part of the second composite molecule, is capable of cleaving the second nucleic acid sequence and is optionally labeled.
Третий рибозим - рибозим, который может образовать часть каталитической системы в соответствии с его другим вариантом. Третьи рибозимы являются исходно неактивными. Инициирующий рибозим активирует третий рибозим с проявлением в отношении него своей каталитической активности (как будет объяснено ниже) и активированный рибозим может затем активировать другой третий рибозим в каталитической системе. The third ribozyme is the ribozyme, which can form part of the catalytic system in accordance with its other variant. Third ribozymes are initially inactive. The initiating ribozyme activates the third ribozyme with the manifestation of its catalytic activity against it (as will be explained below) and the activated ribozyme can then activate another third ribozyme in the catalytic system.
Система транскрипции - ансамбль олигонуклеотидов, нуклеотидов, РНК-полимеразы и реагентов, которые в присутствии олигонуклеотидной матрицы приводят к транскрипции олигонуклеотидного транскрипта. A transcription system is an ensemble of oligonucleotides, nucleotides, RNA polymerase and reagents, which in the presence of an oligonucleotide matrix lead to transcription of the oligonucleotide transcript.
Четвертый рибозим - рибозим, который является частью каталитической системы в соответствии с ее вариантом и который после его превращения в каталитически активный рибозим может лигировать две части пятого рибозима (см. ниже) с образованием каталитически активного пятого рибозима. Четвертый рибозим состоит по меньшей мере из двух компонентов, которые первоначально разделены и которые лигируются вместе пятым рибозимом (когда он каталитически активен). После такого лигирования четвертый рибозим становится каталитически активным. The fourth ribozyme is a ribozyme that is part of the catalytic system in accordance with its variant and which, after its conversion to a catalytically active ribozyme, can ligate two parts of the fifth ribozyme (see below) with the formation of a catalytically active fifth ribozyme. The fourth ribozyme consists of at least two components that are initially separated and which are ligated together by the fifth ribozyme (when it is catalytically active). After such ligation, the fourth ribozyme becomes catalytically active.
Пятый рибозим - рибозим, который является частью каталитической системы, содержащей четвертый рибозим, и который после его превращения в каталитически активный рибозим может лигировать вместе две части четвертого рибозима с образованием каталитически активного четвертого рибозима. Пятый рибозим состоит по меньшей мере из двух компонентов, которые первоначально разделены и которые лигируются вместе четвертым рибозимом. После такого лигирования пятый рибозим становится каталитически активным. The fifth ribozyme is the ribozyme, which is part of the catalytic system containing the fourth ribozyme, and which, after its conversion to the catalytically active ribozyme, can ligate together two parts of the fourth ribozyme to form the catalytically active fourth ribozyme. The fifth ribozyme consists of at least two components that are initially separated and which are ligated together by the fourth ribozyme. After such ligation, the fifth ribozyme becomes catalytically active.
Шестой рибозим - специфический пример третьего рибозима, в котором неактивный рибозим несет дополнительную последовательность нуклеиновой кислоты и активируется при отщеплении или сплайсинге (то-есть, удалении) этой последовательности. The sixth ribozyme is a specific example of the third ribozyme in which an inactive ribozyme carries an additional nucleic acid sequence and is activated by cleavage or splicing (i.e., deletion) of this sequence.
Седьмой рибозим - рибозим, в котором тестируемая последовательность нуклеиновой кислоты дополняет отсутствующую часть, существенную для его каталитической активности и, следовательно, он становится каталитически активным при комбинировании с тестируемой последовательностью. The seventh ribozyme is a ribozyme in which the test nucleic acid sequence complements the missing part essential for its catalytic activity and, therefore, becomes catalytically active when combined with the test sequence.
Данное изобретение обеспечивает способ амплификации сигнала на основе рибозима, который является простым в выполнении, быстрым и недорогим. В противоположность доступным до сих пор способам детектирования-амплификации способ данного изобретения пригоден также для тестирования точки лечения (a point-of-care (РОС) testing). The present invention provides a method for amplifying a signal based on a ribozyme that is simple to perform, fast, and inexpensive. In contrast to the detection-amplification methods available so far, the method of the present invention is also suitable for testing a point-of-care (POS) testing.
Одним из преимуществ способа данного изобретения является то, что рибозимы являются активными при условиях, обнаруживаемых в клиническом окружении, например, в биологических жидкостях. Кроме того, как будет показано далее ниже, способ амплификации сигнала в соответствии с данным изобретением не требует соблюдения специфических условий для обеспечения специфичности (строгое соблюдение специфических условий является недостатком предшествующих способов амплификации сигнала). Кроме того, рибозимы функциональны в различных смесях препаратов проб, например, в 1М гуанидинтиоцианатном препарате, а также в препарате с насыщенным фенолом, который обычно ингибирует функционирование других систем детектирования-амплификации. One of the advantages of the method of this invention is that ribozymes are active under conditions found in a clinical environment, for example, in biological fluids. In addition, as will be shown below, the method of amplification of a signal in accordance with this invention does not require compliance with specific conditions to ensure specificity (strict adherence to specific conditions is a disadvantage of previous methods of amplification of a signal). In addition, ribozymes are functional in various mixtures of sample preparations, for example, in 1M guanidine thiocyanate preparation, as well as in a preparation with saturated phenol, which usually inhibits the functioning of other detection-amplification systems.
Рибозимы состоят из последовательностей нуклеиновых кислот и, следовательно, тестируемые последовательности и последовательности зондов могут быть включены в молекулу рибозима. Кроме того, можно увеличить специфичность способа амплификации путем конструирования рибозима таким образом, что для проявления рибозимом его каталитической активности будет необходима часть самой тестируемой последовательности. Ribozymes consist of nucleic acid sequences and, therefore, test sequences and probe sequences can be included in the ribozyme molecule. In addition, it is possible to increase the specificity of the amplification method by constructing a ribozyme in such a way that part of the test sequence itself will be necessary for the ribozyme to exhibit its catalytic activity.
Очень сильнодействующий способ, называемый в данной области "эволюцией in vitro", был успешно применен к рибозимам для получения рибозима с разнообразными каталитическими активностями и специфичностями. При помощи подобных способов огромный ряд потенциальных рибозимов подвергают скринингу на активность. Рибозимы, которые обнаруживают активность, очищают для дальнейших циклов отбора и после повторных циклов остаются только наиболее сильные кандидаты. В традиционных способах амплификации, после выбора фермента, среда, в которой должен действовать данный фермент, т.е. содержащая пробу среда, должна быть модифицирована для возможности проявления требуемой активности фермента. В случае рибозима, с использованием эволюции in vitro, можно выбрать рибозим, который высокоактивен в желаемой клинической (биологической) среде, путем проведения эволюции in vitro в элективной среде, которая идентична по ее составу клинической пробе. A very potent method, referred to in this area as "in vitro evolution", has been successfully applied to ribozymes to produce a ribozyme with a variety of catalytic activities and specificities. Using such methods, a huge number of potential ribozymes are screened for activity. Ribozymes that exhibit activity are purified for further selection cycles and only the strongest candidates remain after repeated cycles. In traditional amplification methods, after selecting an enzyme, the medium in which the enzyme is to act, i.e. The sample containing medium must be modified to allow the desired enzyme activity to manifest. In the case of a ribozyme, using in vitro evolution, it is possible to select a ribozyme that is highly active in the desired clinical (biological) environment by conducting in vitro evolution in an elective medium that is identical in composition to the clinical sample.
Данное изобретение обеспечивает чувствительный способ обнаружения каталитически активного рибозима (называемого здесь "инициирующим рибозимом") в среде. Обнаружение присутствия каталитически активного инициирующего рибозима само по себе может быть целью, хотя обычно каталитически активный инициирующий рибозим служит в качестве репортера для присутствия других биомолекул в тест-пробе. Как только среду, содержащую активный инициирующий рибозим, вводят в каталитическую систему в соответствии с данным изобретением, в ней происходит каскад каталитических реакций, который приводит к экспоненциальной амплификации числа активных рибозимов. Каталитическая система содержит рибозимы, которые либо неактивны, либо пространственно отделены друг от друга, так что они не могут проявлять их каталитическую активность; инициирующий рибозим высвобождает или активирует рибозимы каталитической системы, которые в свою очередь высвобождают или активируют соответственно дальнейшие рибозимы системы. Рибозимы либо несут детектируемую метку, либо их каталитическая активность вызывает образование детектируемой метки, которая затем служит указанием на каталитический каскад, который имел место в этой системе. The present invention provides a sensitive method for detecting a catalytically active ribozyme (referred to herein as “initiating ribozyme”) in a medium. Detecting the presence of a catalytically active initiating ribozyme may itself be a target, although typically a catalytically active initiating ribozyme serves as a reporter for the presence of other biomolecules in the test sample. As soon as the medium containing the active initiating ribozyme is introduced into the catalytic system in accordance with this invention, a cascade of catalytic reactions occurs in it, which leads to exponential amplification of the number of active ribozymes. The catalytic system contains ribozymes that are either inactive or spatially separated from each other, so that they cannot exhibit their catalytic activity; the initiating ribozyme releases or activates the ribozymes of the catalytic system, which in turn release or activate the corresponding further ribozymes of the system. Ribozymes either carry a detectable label, or their catalytic activity causes the formation of a detectable label, which then serves as an indication of the catalytic cascade that occurred in this system.
Согласно вариантам данного изобретения, в которых рибозимы исходно иммобилизованы, присутствие свободных рибозимов в реакционной среде может само собой служить в качестве детектируемого сигнала. В соответствии с другим вариантом, каждый активный рибозим создан для несения или продуцирования детектируемой метки и эти метки служат затем в качестве детектируемого сигнала. According to embodiments of the invention in which the ribozymes are initially immobilized, the presence of free ribozymes in the reaction medium can itself serve as a detectable signal. In another embodiment, each active ribozyme is designed to carry or produce a detectable label, and these labels then serve as a detectable signal.
Согласно способу данного изобретения, существует очень небольшой ложный положительный сигнал, то-есть, низкий уровень фона; кроме того, способ данного изобретения позволяет детектировать несколько биомолекул в одной тест-системе. According to the method of the present invention, there is a very small false positive signal, that is, a low background level; in addition, the method of the present invention allows the detection of several biomolecules in a single test system.
Таким образом, данное изобретение обеспечивает способ обнаружения присутствия каталитически активного инициирующего рибозима в среде, предусматривающий стадии:
(a) обеспечение каталитической системы, содержащей:
(aa) рибозимы, которые априорно каталитически неактивны или пространственно ограничены таким образом, что они не могут проявлять их каталитическую активность в отношении их мишени; при этом мишенью этих рибозимов являются другие рибозимы каталитической системы и их каталитическая активность в отношении таких других рибозимов вызывает:
(i) либо активацию неактивных рибозимов,
(ii) либо высвобождение пространственно ограниченных рибозимов, позволяющее им достигать их мишеней;
причем по меньшей мере некоторые из рибозимов этой каталитической системы являются мишенью каталитической активности инициирующего рибозима и каталитическая активность инициирующего рибозима в отношении некоторых указанных рибозимов является активностью, указанной в (i) и (ii) выше; и включающей
(ab) детектируемую метку, имеющую детектируемые свойства, так что каталитическая активность рибозимов вызывает изменение детектируемых свойств;
(b) контактирование среды с этой каталитической системой;
(с) обеспечение условий, позволяющих каталитически активному инициирующему рибозиму и каталитически активным рибозимам каталитической системы проявлять их каталитическую активность, в результате чего присутствие каталитически активного инициирующего рибозима приводит к каскаду реакций, в которых рибозимы каталитической системы активируются или высвобождаются в среду; и
(d) детектирование детектируемых свойств, причем изменение этих свойств является указанием на присутствие активного инициирующего рибозима в данной среде.Thus, this invention provides a method for detecting the presence of a catalytically active initiating ribozyme in a medium, comprising the steps of:
(a) providing a catalyst system comprising:
(aa) ribozymes that are a priori catalytically inactive or spatially restricted in such a way that they cannot exhibit their catalytic activity against their target; while the target of these ribozymes are other ribozymes of the catalytic system and their catalytic activity against such other ribozymes causes:
(i) either the activation of inactive ribozymes,
(ii) either the release of spatially confined ribozymes, allowing them to reach their targets;
moreover, at least some of the ribozymes of this catalytic system are targeted by the catalytic activity of the initiating ribozyme and the catalytic activity of the initiating ribozyme in relation to some of these ribozymes is the activity specified in (i) and (ii) above; and including
(ab) a detectable label having detectable properties, such that the catalytic activity of ribozymes causes a change in detectable properties;
(b) contacting the medium with this catalyst system;
(c) providing conditions for the catalytically active initiating ribozyme and catalytically active ribozymes of the catalytic system to exhibit their catalytic activity, as a result of which the presence of the catalytically active initiating ribozyme leads to a cascade of reactions in which the ribozymes of the catalytic system are activated or released into the medium; and
(d) detecting detectable properties, wherein a change in these properties is an indication of the presence of an active initiating ribozyme in a given environment.
Важнейшее применение способа обнаружения рибозима данного изобретения находится в рамках теста, предназначенного для обнаружения присутствия биомолекулы, такой как: специфическая последовательность нуклеиновой кислоты, член пары связывания, такой как антитело-антиген, сахар-лектин и т.д., в биологической пробе. Такой анализ концептуально может быть представлен как содержащий два отличающихся компонента (хотя эти компоненты могут быть физически включены в один реакционный сосуд): систему детектирования и каталитическую систему. В таком анализе присутствие тестируемой биомолекулы приводит к образованию (как описано далее ниже) каталитически активного инициирующего рибозима в среде. Затем каталитически активный инициирующий рибозим действует как репортерная молекула в каталитической системе, приводя, после каскада реакций, который амплифицирует ряд активных рибозимов, к появлению детектируемой метки в реакционной среде, как описано выше. Таким образом, появление такой детектируемой метки в среде каталитической системы указывает на присутствие тестируемой биомолекулы в исходной тестируемой биологической пробе. The most important application of the ribozyme detection method of the present invention is within the scope of a test designed to detect the presence of a biomolecule, such as a specific nucleic acid sequence, a member of a binding pair such as an antibody antigen, sugar lectin, etc., in a biological sample. Such an analysis can conceptually be presented as containing two different components (although these components can be physically incorporated into a single reaction vessel): a detection system and a catalytic system. In such an assay, the presence of the test biomolecule leads to the formation (as described below) of a catalytically active initiating ribozyme in the medium. The catalytically active initiating ribozyme then acts as a reporter molecule in the catalytic system, leading, after a cascade of reactions that amplifies a number of active ribozymes, to the appearance of a detectable label in the reaction medium, as described above. Thus, the appearance of such a detectable label in the environment of the catalytic system indicates the presence of the test biomolecule in the original test biological sample.
Согласно данному изобретению, обеспечено новое использование рибозимов. В наиболее общем смысле каталитическая система, содержащая рибозимы, используется для обнаружения присутствия каталитически активного инициирующего рибозима в тестируемой среде. Обнаружение присутствия каталитически активного инициирующего рибозима в тестируемой среде само может быть целью, например, в способе получения рибозимов, называемом эволюцией in vitro. Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом данного изобретения, каталитически активный инициирующий рибозим служит в качестве репортера для присутствия тестируемой биомолекулы (отличающейся от инициирующего рибозима) в тестируемой биологической пробе. According to this invention, a new use of ribozymes is provided. In the most general sense, a catalytic system containing ribozymes is used to detect the presence of a catalytically active initiating ribozyme in a test medium. Detecting the presence of a catalytically active initiating ribozyme in a test medium may itself be a target, for example, in a method for producing ribozymes called in vitro evolution. In addition, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the catalytically active initiating ribozyme serves as a reporter for the presence of the test biomolecule (other than the initiating ribozyme) in the test biological sample.
Рибозимы, используемые в соответствии с данным изобретением, могут состоять целиком из РНК. Иногда можно также заменить некоторые из рибонуклеотидов ("rNTP") в РНК дезоксинуклеотидами ("dNTP") или некоторыми другими природно-встречающимися или не встречающимися в природе нуклеотидами, такими как IsoG или IsoC 5'-O-(1- тиотрифосфат)нуклеозидами и 5-O-метилнуклеотидами. Такая замена иногда является желательной, например, для увеличения стабильности рибозима к РНКазе, присутствующей почти во всех биологических пробах. Хотя это не будет специально упоминаться, каждый раз подразумевается, что термин "рибозим" обозначает каталитические нуклеотиды, состоящие целиком из rNTP, или каталитические олигонуклеотиды, в которых некоторая часть rNTP была заменена dNTP или другими нуклеотидами. Рибозим может также целиком состоять из ДНК (Breaker et al., Chemistry and Biology, 1(4):223-229, 1994). Ribozymes used in accordance with this invention may consist entirely of RNA. Sometimes it is also possible to replace some of the ribonucleotides ("rNTP") in RNA with deoxynucleotides ("dNTP") or some other naturally-occurring or non-naturally occurring nucleotides, such as IsoG or IsoC 5'-O- (1-thiotriphosphate) nucleosides and 5-O-methyl nucleotides. Such a substitution is sometimes desirable, for example, to increase the stability of the ribozyme to RNase present in almost all biological samples. Although this will not be specifically mentioned, each time it is meant that the term "ribozyme" refers to catalytic nucleotides consisting entirely of rNTP, or catalytic oligonucleotides in which some of rNTP has been replaced by dNTP or other nucleotides. The ribozyme may also consist entirely of DNA (Breaker et al., Chemistry and Biology, 1 (4): 223-229, 1994).
Рибозимы данного изобретения могут содержать последовательности нуклеиновых кислот, описанные выше, в комплексе с молекулой, не являющейся нуклеиновой кислотой, такой как белок, полипептид, жирная кислота, краситель, антибиотик или углевод. Не являющаяся нуклеиновой кислотой часть, образующая комплекс с рибозимом, может служить в качестве кофактора для каталитической активности рибозима. The ribozymes of this invention may contain the nucleic acid sequences described above in combination with a non-nucleic acid molecule, such as a protein, polypeptide, fatty acid, dye, antibiotic or carbohydrate. The non-nucleic acid portion of the complex forming the ribozyme can serve as a cofactor for the catalytic activity of the ribozyme.
В дальнейшем, будет использоваться термин "олигонуклеотид". Олигонуклеотиды, в зависимости от контекста, могут быть ДНК-олигонуклеотидом (состоящим целиком из dNTP) или РНК-олигонуклеотидом (состоящим целиком из rNTP). Однако конкретно в случае РНК-олигонуклеотидов иногда желательно заменить некоторые или все rNTP на dNTP или другие природные и неприродные нуклеотиды. In the future, the term "oligonucleotide" will be used. Oligonucleotides, depending on the context, may be a DNA oligonucleotide (consisting entirely of dNTP) or an RNA oligonucleotide (consisting entirely of rNTP). However, specifically in the case of RNA oligonucleotides, it is sometimes desirable to replace some or all of rNTP with dNTP or other natural and unnatural nucleotides.
Данное изобретение обеспечивает, в его самом широком смысле, способ обнаружения присутствия в тестируемой среде каталитически активного инициирующего рибозима. Под "каталитически активным" подразумевают рибозим, способный проводить каталитическую реакцию, такую как расщепление, сплайсинг, лигирование, присоединение специфических групп, таких как фосфат, к молекулам, реаранжировку последовательностей нуклеиновых кислот и т.п. The present invention provides, in its broadest sense, a method for detecting the presence of a catalytically active initiating ribozyme in a test medium. By “catalytically active” is meant a ribozyme capable of carrying out a catalytic reaction, such as cleavage, splicing, ligation, attachment of specific groups, such as phosphate, to molecules, rearrangement of nucleic acid sequences, and the like.
Каталитическая система в соответствии с одним вариантом проведения изобретения содержит два вида рибозимов, которые априорно являются неактивными, но становятся каталитически активными в результате воздействия на них каталитической активности. Например, каждый рибозим может иметь разрыв или прерывание в части, существенной для его активности, и, следовательно, для его активации требуется предварительное лигирование этого разрыва или прерывания. В этом случае каталитическая система содержит два вида рибозимов, каждый из которых a priori разорван на два компонента и поэтому исходно неактивен. Активный рибозим одного вида способен лигировать эти два компонента второго вида рибозима, делая его активным, а активный рибозим второго вида рибозима способен лигировать два компонента первого вида, делая его активным. Затем эта активация продолжается перекрестным лигированием амплифицирующим образом по принципу положительной обратной связи. The catalytic system in accordance with one embodiment of the invention contains two types of ribozymes, which are a priori inactive, but become catalytically active as a result of exposure to catalytic activity. For example, each ribozyme can have a gap or interruption in a part essential for its activity, and, therefore, for its activation, preliminary ligation of this gap or interruption is required. In this case, the catalytic system contains two types of ribozymes, each of which is a priori broken into two components and therefore is initially inactive. An active ribozyme of one species is capable of ligating these two components of the second type of ribozyme, making it active, and an active ribozyme of the second type of ribozyme is capable of ligating two components of the first kind, making it active. This activation is then continued by cross-ligation in an amplifying manner according to the principle of positive feedback.
Первый активный рибозим одного вида может быть образован инициирующим рибозимом, который является продуктом системы детектирования, одним из двух путей. The first active ribozyme of one species can be formed by an initiating ribozyme, which is a product of the detection system, in one of two ways.
Согласно первому пути, некоторые из рибозимов первого вида априорно являются собранными, но не могут легировать части рибозимов второго вида, поскольку они пространственно отделены от них, например, в результате иммобилизации их при помощи пористой мембраны и т.д. Инициирующий рибозим отщепляет молекулы иммобилизованного, полностью собранного первого вида рибозима, и свободный первый вид рибозима затем легирует второй вид рибозимов, которые в свою очередь легируют члены первого вида рибозима, которые не являются априорно собранными, и т.д. According to the first way, some of the ribozymes of the first type are a priori assembled, but cannot dope parts of the ribozymes of the second type, since they are spatially separated from them, for example, as a result of their immobilization using a porous membrane, etc. The initiating ribozyme cleaves the molecules of the immobilized, fully assembled first type of ribozyme, and the free first type of ribozyme then dopes the second type of ribozyme, which in turn alloys members of the first type of ribozyme, which are not a priori assembled, etc.
Согласно второму пути, инициирующий рибозим сам является легирующим рибозимом, который легирует из его частей по меньшей мере один вид из двух рибозимов каталитической системы, инициируя таким образом каскад перекрестного легирования. В таком случае нет необходимости в пространственном разделении различных членов каталитической системы, так как до тех пор, пока инициирующий рибозим не введен в реакционную смесь, каталитический процесс не может начаться. According to the second pathway, the initiating ribozyme itself is an alloying ribozyme that dies from its parts at least one species from two ribozymes of the catalytic system, thus initiating a cascade of cross-doping. In this case, there is no need for the spatial separation of the various members of the catalytic system, since until the initiating ribozyme is introduced into the reaction mixture, the catalytic process cannot begin.
Другим примером являются рибозимы, которые имеют избыточную последовательность, которая делает рибозим неактивным и, следовательно, должна быть либо отщеплена, либо удалена сплайсингом для активации рибозима. Следующим примером являются рибозимы, которые требуют реаранжировки последовательности или присоединения специфических групп для активации. Еще одним примером являются рибозимы, которые требуют обращенного сплайсинга экзонов, т.е. присоединения последовательности интрона к рибозиму. Another example is ribozymes, which have an excess sequence that renders the ribozyme inactive and therefore must be either cleaved or removed by splicing to activate the ribozyme. The next example are ribozymes that require sequence rearrangement or the addition of specific groups for activation. Another example are ribozymes, which require reverse exon splicing, i.e. attaching an intron sequence to a ribozyme.
Один вид рибозимов в его активной форме может активировать неактивные рибозимы второго вида, и наоборот, когда он обладает каталитическими свойствами (легирование, расщепление, сплайсинг, peaранжировка и т.д.), необходимыми для модификации другого вида рибозима из неактивной в активную форму. Эти два рибозима могут потенциально обладать одним и тем же типом каталитической активности (например, оба являются легирующими рибозимами или оба являются расщепляющими рибозимами и т.д.) или они могут обладать разными типами каталитических активностей. One type of ribozyme in its active form can activate inactive ribozymes of the second type, and vice versa, when it has the catalytic properties (doping, cleavage, splicing, arrangement, etc.) necessary to modify another type of ribozyme from an inactive to an active form. These two ribozymes can potentially have the same type of catalytic activity (for example, both are doping ribozymes or both are cleaving ribozymes, etc.) or they can have different types of catalytic activities.
Один или оба вида априорно неактивных рибозимов активируются каталитически активным инициирующим рибозимом. Перед введением инициирующего рибозима в среду каталитическая система является по существу молчащей, так как нет никакой каталитической активности. В присутствии такого инициирующего рибозима начинается каскад амплификации рибозимов, так как каждый активный рибозим генерирует в свою очередь больше активных рибозимов по способу положительной обратной связи. Активные рибозимы порождают сигнал, который может быть детектирован, как описано ниже, и такой сигнал является указанием на присутствие исходного каталитически активного инициирующего рибозима в среде. One or both types of a priori inactive ribozymes are activated by a catalytically active initiating ribozyme. Before the introduction of the initiating ribozyme into the medium, the catalytic system is essentially silent, since there is no catalytic activity. In the presence of such an initiating ribozyme, the cascade of amplification of ribozymes begins, since each active ribozyme generates in turn more active ribozymes by the positive feedback method. Active ribozymes generate a signal that can be detected as described below, and such a signal is indicative of the presence of an initial catalytically active initiating ribozyme in the medium.
Каталитическая система согласно другому варианту проведения данного изобретения содержит два вида композиционных молекул, каждая из которых содержит рибозим, связанный с отщепляемой последовательностью нуклеиновой кислоты. Рибозим в одном виде композиционных молекул способен отщеплять последовательность нуклеиновой кислоты в другом виде композиционных молекул, так что возможно, в принципе, перекрестное расщепление между двумя видами композиционных молекул, тогда как саморасщепления не происходит. Однако до введения инициирующего рибозима в среду перекрестного отщепления не происходит, так как эти два вида композиционных молекул конструируют таким образом, чтобы предотвратить взаимодействие между ними, в то время как отщепленные рибозимы способны взаимодействовать с другими композиционными молекулами в тест-сосуде и продолжать высвобождать рибозимы в среду по принципу положительной обратной связи. The catalyst system according to another embodiment of the present invention contains two types of composite molecules, each of which contains a ribozyme linked to a cleavable nucleic acid sequence. Ribozyme in one form of composite molecules is capable of cleaving the nucleic acid sequence in another form of composite molecules, so that, in principle, cross-cleavage between the two types of composite molecules is possible, while self-cleavage does not occur. However, before the initiation of the initiating ribozyme in the medium, cross-cleavage does not occur, since these two types of composite molecules are designed in such a way as to prevent interaction between them, while the cleaved ribozymes are able to interact with other composite molecules in the test vessel and continue to release ribozymes in positive feedback environment.
Предотвращение взаимного действия может быть достигнуто, например, иммобилизацией каждого вида композиционных молекул на противолежащих сторонах реакционных сосудов; связыванием каждого вида композиционных молекул с различными гранулами или различными коллоидными частицами, имеющими свойства, например, размер или иные свойства, например, одинаковый электрический заряд (который отталкивает гранулы друг от друга), которые предотвращают какой-либо тип взаимодействия между молекулами, прикрепленными к одной из частиц, с молекулами, прикрепленными к другой частице, связыванием композиционных молекул с молекулярными частицами, имеющими один и тот же электрический заряд, так что электрическое отталкивание между этими молекулярными частицами будет препятствовать любому взаимодействию между двумя композиционными молекулами; помещением каждого вида композиционных молекул на разных сторонах пористой мембраны, которая не позволяет проходить через нее полным композиционным молекулам, но позволяет свободное прохождение отщепленного рибозима. Prevention of mutual action can be achieved, for example, by immobilization of each type of composite molecules on opposite sides of the reaction vessels; binding of each type of composite molecules to different granules or different colloidal particles having properties, for example, size or other properties, for example, the same electric charge (which repels the granules from each other), which prevent any type of interaction between molecules attached to one of particles, with molecules attached to another particle, by bonding composite molecules to molecular particles having the same electric charge, so that the electric is repelled between these molecular particles will interfere with any interaction between the two composite molecules; by placing each type of composite molecules on different sides of the porous membrane, which does not allow full compositional molecules to pass through it, but allows free passage of the cleaved ribozyme.
Каталитически активный инициирующий рибозим, либо присутствующий в тест-среде заранее, либо продуцируемый в результате присутствия другой биомолекулы в биологической пробе (такой как рибозим в этом случае) ("репортерный рибозим"), способен отщеплять специфическую нуклеиновую кислоту, присутствующую в одном или обоих видах композиционных молекул, высвобождая таким образом рибозимы каталитической системы. Отщепленные рибозимы способны свободно взаимодействовать в реакционном сосуде с рибозимами из другого вида композиционных молекул, которые в свою очередь могут опять отщеплять рибозимы из первого вида композиционных молекул, создавая тем самым перекрестное расщепление рибозимов типа "пинг-понга". Такое перекрестное отщепление рибозимов действует по принципу положительной обратной связи, вызывая значительную амплификацию этой реакции. Любой или оба вида рибозимов обычно несут детектируемые метки. Детектирование отщепленных меток указывает на присутствие каталитически активного инициирующего рибозима в реакционной смеси. Если инициирующий рибозим является репортерным рибозимом, обнаружение свободной метки указывает на присутствие тестируемой биомолекулы в реакционной смеси. A catalytically active initiating ribozyme, either present in the test medium in advance or produced as a result of the presence of another biomolecule in a biological sample (such as a ribozyme in this case) ("reporter ribozyme"), is capable of cleaving specific nucleic acid present in one or both species composite molecules, thus releasing the ribozymes of the catalytic system. Cleaved ribozymes are able to freely interact in the reaction vessel with ribozymes from another type of composite molecules, which in turn can again cleave ribozymes from the first type of composite molecules, thereby creating a cross-cleavage of ping-pong ribozymes. This cross-cleavage of ribozymes acts on the principle of positive feedback, causing significant amplification of this reaction. Any or both types of ribozymes usually carry detectable tags. Detection of cleaved labels indicates the presence of a catalytically active initiating ribozyme in the reaction mixture. If the initiating ribozyme is a reporter ribozyme, detection of a free label indicates the presence of the test biomolecule in the reaction mixture.
Каталитическая система может содержать, в соответствии с другим вариантом, только один вид неактивных рибозимов или один вид композиционных молекул, содержащих рибозим и последовательность нуклеиновой кислоты, отщепляемую этим рибозимом при превращении в свободную или активную форму. Аналогично способу, описанному выше, для одного такого варианта каждая отдельная молекула этого рибозима является неактивной, пока в среду не вводят каталитически активный инициирующий рибозим; например, каждая неактивная молекула находится в форме замкнутого кольца, которое может быть открыто отщеплением или сплайсингом отрезка нуклеотидов каталитически активным инициирующим рибозимом. Активированные (открытые) рибозимы затем открываются и активируют другие такие молекулы в виде замкнутого кольца данной каталитической системы. The catalyst system may contain, in another embodiment, only one type of inactive ribozyme or one type of composite molecule containing a ribozyme and a nucleic acid sequence cleaved by this ribozyme when converted to a free or active form. Similar to the method described above, for one such variant, each individual molecule of this ribozyme is inactive until a catalytically active initiating ribozyme is introduced into the medium; for example, each inactive molecule is in the form of a closed ring, which can be opened by cleavage or splicing of a nucleotide segment by a catalytically active initiating ribozyme. The activated (open) ribozymes then open and activate other such molecules in the form of a closed ring of a given catalytic system.
Аналогично описанному выше, для другого второго варианта каждый один вид композиционной молекулы может содержать рибозим, расположенный в ориентации, которая препятствует самоотщеплению смежной последовательности нуклеиновой кислоты, например, помещением этой последовательности непосредственно рядом с рибозимом. Тот факт, что нет промежуточных последовательностей между рибозимом и отщепляемой последовательностью, стерически ингибирует цис-отщепление. (Отщепляемая последовательность может также иметь обращенную ориентацию, и цис-отщепление будет, следовательно, невозможным). Однако, освобожденный рибозим может иметь доступ к последовательности нуклеиновой кислоты в правильной ориентации и отщеплять ее, освобождая больше рибозимов в среду. Для предотвращения самопроизвольного транс-отщепления невысвобожденных рибозимов можно обеспечить пространственное разделение, как указано выше. Similar to the one described above, for another second embodiment, each one kind of composite molecule may contain a ribozyme located in an orientation that prevents self-cleavage of an adjacent nucleic acid sequence, for example, by placing this sequence directly next to the ribozyme. The fact that there are no intermediate sequences between the ribozyme and the cleaved sequence sterically inhibits cis cleavage. (The cleavage sequence may also have a reversed orientation, and cis cleavage will therefore be impossible). However, the liberated ribozyme may have access to the nucleic acid sequence in the correct orientation and cleave it, releasing more ribozymes into the medium. To prevent spontaneous trans cleavage of unreleased ribozymes, spatial separation can be achieved as described above.
Обнаружение присутствия активированных рибозимов в каталитической системе может принимать разные формы в зависимости от типа каталитической активности рибозима. В том случае, например, когда активность является расщеплением или сплайсингом, метка может быть соединена с частью, которая должна быть отщеплена или удалена сплайсингом, и детектирование такой освобожденной метки является затем указанием на присутствие каталитически активного инициирующего рибозима в среде. Detection of the presence of activated ribozymes in the catalytic system can take various forms depending on the type of catalytic activity of the ribozyme. In the case, for example, when the activity is cleavage or splicing, the label can be connected to the part to be cleaved or removed by splicing, and the detection of such a released label is then an indication of the presence of a catalytically active initiating ribozyme in the medium.
В некоторых случаях активация рибозима приводит к изменению расстояния между двумя районами рибозима, например, когда два удаленных района соединяются легированием или реаранжировкой, сплайсингом мешающего района, или когда два исходно смежных района отделяются, например, открытием замкнутого кольца. В таком случае можно присоединить флуоресцентный маркер на одном участке рибозима и молекулярную частицу, такую как родамин, который гасит эмиссию света из флуоресцентного маркера, на другом участке рибозима. Родамин обладает гасящим действием на эмиссию света флуоресцентной метки, когда два этих участка являются смежными, и не оказывает такого действия, когда эти два участка разделены. Путем мониторинга изменения в эмиссии света флуоресцентной метки можно определить, являются ли эти два района смежными (например, в случае неактивного рибозима с замкнутым кольцом) или разделенными (когда рибозим был открыт или активирован). In some cases, activation of the ribozyme leads to a change in the distance between the two regions of the ribozyme, for example, when two remote regions are joined by doping or rearrangement, splicing of the interfering region, or when two initially adjacent regions are separated, for example, by opening a closed ring. In this case, you can attach a fluorescent marker in one area of the ribozyme and a molecular particle, such as rhodamine, which damps the emission of light from the fluorescent marker, in another area of the ribozyme. Rhodamine has a quenching effect on the light emission of the fluorescent label when these two sites are adjacent, and does not have such an effect when the two sites are separated. By monitoring changes in the light emission of the fluorescent label, it can be determined whether these two regions are adjacent (for example, in the case of an inactive ribozyme with a closed ring) or separated (when the ribozyme was opened or activated).
Метка может также находиться на субстрате, который не связан с рибозимом и на котором каталитически активный рибозим может проявлять его каталитическую активность. Например, метку может нести последовательность нуклеиновой кислоты, которая отщепляется или удаляется сплайсингом в результате активности рибозима, в результате чего метка высвобождается в среду. Детектирование будет в этом случае основано на присутствии свободной метки в среде. The label may also be on a substrate that is not bound to the ribozyme and on which the catalytically active ribozyme can exhibit its catalytic activity. For example, a label may be carried by a nucleic acid sequence that is cleaved or removed by splicing as a result of ribozyme activity, whereby the label is released into the medium. Detection in this case will be based on the presence of a free label in the medium.
Перекрестная "пинг-понг"-активация путем перекрестного отщепления, перекрестного легирования, перекрестного сплайсинга, перекрестной реаранжировки или чередующихся циклов различных каталитических действий, по существу, амплифицирует реакцию, приводя к сигналу, который указывает за короткое время, присутствовал ли в среде каталитически активный инициирующий рибозим. В то время как прежние способы амплификации-детектирования, такие как ПЦР или ЛЦР, требуют нескольких часов для завершения, способ амплификации-детектирования данного изобретения завершается в течение гораздо более короткого периода времени. Cross ping pong activation by cross cleavage, cross doping, cross splicing, cross rearrangement or alternating cycles of different catalytic actions essentially amplifies the reaction, leading to a signal that indicates in a short time whether a catalytically active initiator was present in the medium ribozyme. While previous amplification-detection methods, such as PCR or LCR, require several hours to complete, the amplification-detection method of the present invention is completed within a much shorter period of time.
В том случае, когда каталитически активный инициирующий рибозим служит в качестве репортерного рибозима для указания на присутствие других биомолекул, требуется система детектирования, в которой каталитически активный инициирующий рибозим образуется только в присутствии анализируемой биомолекулы. Это может быть выполнено в одном из следующих вариантов, называемых здесь "вариантом активации", "вариантом транскрипции", "вариантом сборки" и "вариантом дополнения (комплектования)". When the catalytically active initiating ribozyme serves as a reporter ribozyme to indicate the presence of other biomolecules, a detection system is required in which the catalytically active initiating ribozyme is formed only in the presence of the analyzed biomolecule. This can be done in one of the following options, referred to herein as an “activation option”, “transcription option”, “assembly option”, and “addition (acquisition) option”.
Согласно варианту активации, инициирующий (репортерный) рибозим является априорно неактивным. Это отсутствие активности может быть результатом отсутствия ионов магния, которые необходимы для каталитической активности рибозима в среде; это может быть результатом присутствия ингибиторной части молекулы в среде; это может быть результатом присутствия в среде олигонуклеотида, который гибридизуется с последовательностью, которая должна быть отщеплена, либо для активации, либо для высвобождения рибозима в систему, причем это отщепление невозможно, пока эта последовательность является двухцепочечной, и т.д. Согласно этому варианту, рибозим соединен с биомолекулой узнавания, которая способна специфически узнавать биомолекулу, которая должна быть определена в пробе и связываться с ней. Например, в случае, когда тестируемая биомолекула является олигонуклеотидной последовательностью, биомолекула узнавания является комплементарной последовательностью; когда тестируемая биомолекула является ферментом, биомолекулой узнавания может быть субстрат; когда тестируемая биомолекула является антигеном, биомолекула узнавания может быть антителом, специфически взаимодействующим с этим антигеном, и т.д. According to the activation option, the initiating (reporter) ribozyme is a priori inactive. This lack of activity may result from the absence of magnesium ions, which are necessary for the catalytic activity of the ribozyme in the medium; this may be the result of the presence of an inhibitory moiety in the medium; this may be the result of the presence in the medium of an oligonucleotide that hybridizes with a sequence that must be cleaved either to activate or to release a ribozyme into the system, and this cleavage is not possible while this sequence is double-stranded, etc. In this embodiment, the ribozyme is coupled to a recognition biomolecule, which is capable of specifically recognizing the biomolecule to be determined in the sample and to bind to it. For example, in the case where the test biomolecule is an oligonucleotide sequence, the recognition biomolecule is a complementary sequence; when the test biomolecule is an enzyme, the recognition biomolecule may be a substrate; when the test biomolecule is an antigen, the recognition biomolecule may be an antibody specifically interacting with this antigen, etc.
Рибозиму, соединенному с молекулой узнавания, позволяют затем взаимодействовать с тестируемыми биомолекулами, и несвязанные рибозимы затем отделяют и удаляют промыванием. Такое разделение можно проводить на основе различия в размерах между комплексами связанных рибозимов и тестируемых биомолекул и свободными рибозимами; при помощи предварительной иммобилизации тестируемых биомолекул и последующего вымывания свободных молекул рибозимов; и т.д. После указанного разделения условия изменяют таким образом, чтобы активировать рибозим, например, добавлением отсутствующих ионов магния; модификацией или удалением ингибиторной части для прекращения ее ингибиторной активности; расплавлением двухцепочечной неотщепляемой последовательности до одноцепочечной отщепляемой последовательности; и т.д. Только в случае присутствия тестируемой биомолекулы рибозимы, которые связаны с ней, сохраняются и только эти сохраненные рибозимы активируются при подходящем изменении условий. The ribozyme coupled to the recognition molecule is then allowed to interact with the test biomolecules, and the unbound ribozymes are then separated and removed by washing. Such a separation can be carried out on the basis of differences in size between complexes of bound ribozymes and test biomolecules and free ribozymes; by preliminary immobilization of the tested biomolecules and the subsequent leaching of free ribozyme molecules; etc. After this separation, the conditions are changed so as to activate the ribozyme, for example, by adding the absent magnesium ions; modification or removal of the inhibitory part to terminate its inhibitory activity; melting a double-stranded non-cleavable sequence to a single-chain cleavable sequence; etc. Only in the presence of the test biomolecule are the ribozymes that are associated with it stored and only these stored ribozymes are activated when the conditions change appropriately.
Можно использовать вариант транскрипции данного изобретения, в котором тестируемая биомолекула является последовательностью нуклеиновой кислоты. Фазу детектирования этого варианта можно проводить, в общем, как описано в Israel Patent Application Nos. 105894 and 111857 (and their counterpart PCT Applications Nos. WO/94/29481 and) с "триггерным олигонуклеотидом", представляющим собой инициирующий рибозим. Система детектирования этого варианта содержит две олигонуклеотидные молекулы, первая из которых содержит последовательность, комплементарную 5'-части тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты, а вторая содержит последовательность, комплементарную 3'-части тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты. Первая олигонуклеотидная молекула содержит против хода транскрипции от последовательности, комплементарной тестируемой биомолекуле, функциональный промотор, последовательность, кодирующую последовательность инициирующего рибозима, и последовательность, которая способна отщепляться детектирующим рибозимом (также по существу ДНК-последовательность). Вторая олигонуклеотидная молекула содержит, по ходу транскрипции от комплементарной 3'-части тестируемой последовательности, триггерную олигонуклеотидную матрицу, продукт транскрипции которой способен запускать транскрипцию последовательностей инициирующих рибозимов, как будет подробно объяснено далее. You can use the transcription variant of the present invention, in which the test biomolecule is a nucleic acid sequence. The detection phase of this option can be carried out, in General, as described in Israel Patent Application Nos. 105894 and 111857 (and their counterpart PCT Applications Nos. WO / 94/29481 and) with a “trigger oligonucleotide” representing an initiating ribozyme. The detection system of this variant contains two oligonucleotide molecules, the first of which contains a sequence complementary to the 5'-part of the nucleic acid test sequence, and the second contains the sequence complementary to the 3'-parts of the nucleic acid test sequence. The first oligonucleotide molecule contains, against the course of transcription, from a sequence complementary to the test biomolecule, a functional promoter, a sequence encoding a sequence of an initiating ribozyme, and a sequence that is capable of being cleaved by a detecting ribozyme (also essentially a DNA sequence). The second oligonucleotide molecule contains, in the course of transcription from the complementary 3 ′ part of the test sequence, a trigger oligonucleotide matrix, the transcription product of which is capable of triggering transcription of the sequences of initiating ribozymes, as will be explained in detail below.
Если тестируемая биомолекула не присутствует в тест-пробе, то триггерная олигонуклеотидная последовательность не транскрибируется, так как только присутствие тестируемой биомолекулы сводит вместе две молекулы, необходимые для образования подходящей матрицы триггерной олигонуклеотидной последовательности; а именно, первую олигонуклеотидную молекулу, несущую функциональный промотор, и вторую олигонуклеотидную молекулу, несущую триггерную олигонуклеотидную матрицу. Если тестируемые биомолекулы присутствуют, и в присутствии системы транскрипции образуется триггерная последовательность, которая в свою очередь способна вызвать образование транскриптов, содержащих инициирующий рибозим, связанный с последовательностью, отщепляемой им. После саморасщепления эти транскрипты высвобождают в среду каталитически активный инициирующий рибозим. If the test biomolecule is not present in the test sample, then the trigger oligonucleotide sequence is not transcribed, since only the presence of the test biomolecule brings together the two molecules necessary to form a suitable matrix of the trigger oligonucleotide sequence; namely, a first oligonucleotide molecule carrying a functional promoter and a second oligonucleotide molecule carrying a trigger oligonucleotide matrix. If the test biomolecules are present, and in the presence of the transcription system, a trigger sequence is formed, which in turn can cause the formation of transcripts containing the initiating ribozyme associated with the sequence cleaved by it. After self-cleavage, these transcripts release a catalytically active initiating ribozyme into the medium.
Согласно варианту сборки данного изобретения, в случаях, когда тестируемой биомолекулой является последовательность нуклеиновой кислоты, система детектирования должна содержать третий олигонуклеотид, включающий в себя последовательность, комплементарную 5'-части тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты, и четвертый олигонуклеотид, включающий в себя последовательность, комплементарную остальной, 3'-части тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты. Каждый из этих олигонуклеотидов содержит только одну часть (например, половину) рибозима и обе части вместе составляют полный, функционально активный рибозим. According to an assembly variant of the present invention, in cases where the test biomolecule is a nucleic acid sequence, the detection system must comprise a third oligonucleotide comprising a sequence complementary to the 5'-part of the tested nucleic acid sequence and a fourth oligonucleotide including a sequence complementary to the rest , 3'-parts of the tested nucleic acid sequence. Each of these oligonucleotides contains only one part (for example, half) of the ribozyme and both parts together comprise a complete, functionally active ribozyme.
Согласно этому варианту, функция тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты заключается в сведении вместе этих двух олигонуклеотидов с образованием функционально активного инициирующего рибозима. Таким образом, в присутствии тестируемой последовательности нуклеиновой кислоты в пробе будет образовываться функциональный инициирующий рибозим, который можно детектировать в каталитической системе данного изобретения. According to this embodiment, the function of the nucleic acid test sequence is to combine the two oligonucleotides together to form a functionally active initiating ribozyme. Thus, in the presence of a test nucleic acid sequence, a functional initiating ribozyme will be formed in the sample, which can be detected in the catalyst system of this invention.
В соответствии с вариантом дополнения (комплектования) данного изобретения, система детектирования содержит седьмой олигонуклеотид, и тестируемая последовательность образует комплекс с седьмым олигонуклеотидом с образованием каталитически активного инициирующего рибозима. Например, тестируемая последовательность может образовывать часть каталитического кора (ядра) рибозима. Таким образом, в соответствии с этим вариантом, рибозим априорно является неполным, и только в присутствии тестируемой последовательности он становится полным, каталитически активным рибозимом, который затем может быть детектирован в каталитической системе. In accordance with a variant of addition (acquisition) of the present invention, the detection system contains a seventh oligonucleotide, and the test sequence forms a complex with a seventh oligonucleotide to form a catalytically active initiating ribozyme. For example, the test sequence can form part of the catalytic core (core) of the ribozyme. Thus, in accordance with this option, the ribozyme is a priori incomplete, and only in the presence of the test sequence does it become a complete, catalytically active ribozyme, which can then be detected in the catalytic system.
Тестируемая последовательность может дополнять (комплектовать) рибозим гибридизацей на его 3'-конце с последовательностью на одной стороне недостающей части рибозима и гибридизацией на его 5'-конце с последовательностью на другой стороне недостающей части рибозима, присоединяя таким образом недостающую часть и создавая функциональный инициирующий рибозим. The test sequence can complement (complete) the ribozyme with hybridization at its 3'-end with a sequence on one side of the missing part of the ribozyme and hybridization at its 5'-end with the sequence on the other side of the missing part of the ribozyme, thereby adding the missing part and creating a functional initiating ribozyme .
Тестируемая последовательность может также быть способной дополнять недостающую часть рибозима "обратным сплайсингом экзона", при котором тестируемая последовательность встраивается в рибозим посредством соответствующих реакций расщепления и легирования. Этот "обратный сплайсинг экзона" может проводиться другими рибозимами, присутствующими в среде. The test sequence may also be able to complement the missing portion of the ribozyme with “exon reverse splicing,” in which the test sequence is inserted into the ribozyme by appropriate cleavage and doping reactions. This "exon reverse splicing" may be carried out by other ribozymes present in the medium.
Для уменьшения уровня "фона" способа изобретения и уменьшения ложных положительных результатов можно комбинировать два или более вариантов изобретения для двойной гарантии того, что каталитически активный инициирующий рибозим не образуется в отсутствие тестируемых биомолекул. Например, можно комбинировать варианты сборки и активации данного изобретения, в результате чего каталитически активные рибозимы будут образовываться только как результат двух накапливающих условий: сборки полного рибозима из двух частей в смеси без магния и после вымывания свободных неполных рибозимов активации полного рибозима добавлением ионов магния. To reduce the background level of the method of the invention and reduce false positive results, two or more variants of the invention can be combined to double guarantee that a catalytically active initiating ribozyme is not formed in the absence of test biomolecules. For example, it is possible to combine the assembly and activation variants of the present invention, as a result of which catalytically active ribozymes will be formed only as a result of two accumulating conditions: the assembly of a full ribozyme from two parts in a mixture without magnesium and after washing out the free incomplete ribozymes of activation of the full ribozyme by adding magnesium ions.
Рибозимы, используемые в большинстве вариантов системы детектирования данного изобретения, являются в большинстве случаев универсальными, т.е. можно использовать один и тот же рибозим для обнаружения различных анализируемых биомолекул, так как специфичность приобретается путем присоединения биомолекулы узнавания (в варианте активации) или создается первой и второй олигонуклеотидными молекулами (в варианте транскрипции) или третьей и четвертой олигонуклеотидными последовательностями (в варианте сборки). Пятый олигонуклеотид в случае варианта дополнения (комплектования) данного изобретения должен быть сконструирован для каждой специфической анализируемой нуклеиновой кислоты, поскольку последовательность, узнающая тестируемую последовательность, является частью самого рибозима. The ribozymes used in most variants of the detection system of the present invention are, in most cases, universal, i.e. the same ribozyme can be used to detect different analyzed biomolecules, since specificity is acquired by attaching a recognition biomolecule (in the activation variant) or created by the first and second oligonucleotide molecules (in the transcription variant) or the third and fourth oligonucleotide sequences (in the assembly variant). The fifth oligonucleotide in the case of a variant of addition (acquisition) of the present invention should be designed for each specific analyzed nucleic acid, because the sequence recognizing the test sequence is part of the ribozyme itself.
Данное изобретение обеспечивает также реагенты, необходимые для проведения описанного выше способа, а также набор, содержащий эти реагенты. This invention also provides the reagents necessary for carrying out the above method, as well as a kit containing these reagents.
Далее изобретение будет описано со ссылкой на некоторые не ограничивающие изобретение чертежи и примеры. The invention will now be described with reference to some non-limiting drawings and examples.
В чертежах используются различные символы, которые в контексте данного изобретения имеют значения, приведенные в конце описания. In the drawings, various symbols are used, which in the context of the present invention have the meanings given at the end of the description.
Фиг. 1 показывает вариант каталитической системы изобретения, содержащей два вида композиционных молекул, активируемых перекрестным отщеплением;
фиг. 2(a) и 2(b) показывают каталитическую систему в соответствии с вариантом изобретения, содержащую один вид композиционной молекулы, активируемый перекрестным отщеплением или перекрестным сплайсингом, где рибозим изображен в форме замкнутого кольца (фиг. 2(а)); где рибозим нуждается в сплайсинге, чтобы стать активным (фиг. 2(b));
фиг. 3 показывает различные способы, при помощи которых композиционные молекулы могут быть отделены друг от друга: иммобилизацией с различными местами реакционного сосуда (3A); связыванием с крупными гранулами (3B); при помощи связи с заряженными молекулярными частицами (3C); и помещением каждого вида композиционных молекул на противоположных сторонах пористой мембраны (3D);
фиг. 4 показывает пример системы детектирования согласно варианту активации данного изобретения, в котором рибозим активируется добавлением ионов магния;
фиг. 5 показывает другой пример системы детектирования согласно варианту активации данного изобретения, в котором рибозим активируется модификацией ингибиторной части молекулы;
фиг. 6 показывает систему детектирования в соответствии с вариантом транскрипции данного изобретения;
фиг. 7 показывает систему детектирования согласно варианту сборки данного изобретения, где последовательность узнавания рибозима гибридизуется с анализируемой последовательностью нуклеиновой кислоты (фиг. 7(а)); или где открытый стебель-II рибозима гибридизуется с анализируемой последовательностью (фиг.(b));
фиг. 8 показывает пример каталитической системы данного изобретения, содержащей два вида рибозимов, активируемых перекрестным легированием;
фиг. 9 показывает другой пример системы детектирования в соответствии с вариантом активации данного изобретения, в котором рибозим активируется превращением отщепляемой последовательности в одноцепочечную;
фиг. 10 показывает результаты расщепления системы детектирования, содержащей рибозим с открытым стеблем-II фиг. 7(b);
фиг. 11 показывает результаты расщепления каталитической системы, содержащей композиционную молекулу в виде замкнутого круга фиг.2(b);
фиг. 12 показывает результаты расщепления рибозима в присутствии необработанной крови и денатурирующих агентов.FIG. 1 shows an embodiment of a catalytic system of the invention comprising two types of composite molecules activated by cross-cleavage;
FIG. 2 (a) and 2 (b) show a catalytic system according to an embodiment of the invention comprising one type of composite molecule activated by cross-cleavage or cross-splicing, where the ribozyme is depicted in the form of a closed ring (Fig. 2 (a)); where the ribozyme needs splicing in order to become active (Fig. 2 (b));
FIG. Figure 3 shows various ways in which composite molecules can be separated from each other: by immobilization at different points in the reaction vessel (3A); binding to large granules (3B); by bonding with charged molecular particles (3C); and placing each type of composite molecule on opposite sides of the porous membrane (3D);
FIG. 4 shows an example of a detection system according to an activation variant of the present invention, in which the ribozyme is activated by the addition of magnesium ions;
FIG. 5 shows another example of a detection system according to an activation variant of the present invention, in which the ribozyme is activated by modifying the inhibitory portion of the molecule;
FIG. 6 shows a detection system in accordance with a transcription variant of the present invention;
FIG. 7 shows a detection system according to an assembly embodiment of the present invention, wherein the recognition sequence of the ribozyme hybridizes with the analyzed nucleic acid sequence (FIG. 7 (a)); or where the open stem-II of the ribozyme hybridizes with the analyzed sequence (Fig. (b));
FIG. 8 shows an example of a catalyst system of the present invention comprising two types of cross-doping activated ribozymes;
FIG. 9 shows another example of a detection system in accordance with an activation option of the present invention, in which a ribozyme is activated by converting a cleavable sequence into a single chain;
FIG. 10 shows the results of cleavage of a detection system containing an open stem II ribozyme of FIG. 7 (b);
FIG. 11 shows the results of cleavage of a catalyst system containing a closed-loop composite molecule of FIG. 2 (b);
FIG. 12 shows the results of ribozyme cleavage in the presence of untreated blood and denaturing agents.
Каталитическая система. Catalytic system.
Сначала будет рассмотрена фиг. 1, показывающая один из способов конструирования каталитической системы данного изобретения. Каталитическая система содержит два вида композиционных молекул 10 и 11. Композиционная молекула 10 содержит один тип меченого рибозима, который будет назван рибозимом A (12), связанного с последовательностью РНК, обозначаемой b (13). Композиционная молекула 11 содержит другой тип меченого рибозима, который будет назван рибозимом B (14), и последовательность РНК а (15). Рибозим B в молекуле 11 способен отщеплять последовательность b в молекуле 10, а рибозим A в молекуле 10 способен отщеплять последовательность а в молекуле 11. Исходно молекулы 10 и 11 неспособны взаимодействовать, так как они иммобилизованы в различных местах реакционного сосуда. Инициирующий рибозим 16 также способен отщеплять последовательность b в молекуле 10. First, FIG. 1, showing one way of constructing a catalyst system of the present invention. The catalyst system contains two types of
Если инициирующий рибозим присутствует в реакционной смеси, то последовательность b отщепляется с высвобождением свободного рибозима A (12) в реакционную смесь. Каждый рибозим A (12) способен диффундировать в реакционном сосуде для расщепления молекулы 11, высвобождая таким образом в реакционную смесь свободный рибозим B (14). Свободный рибозим B (14) опять способен мигрировать через реакционный сосуд для расщепления молекулы 10 с высвобождением вновь свободного рибозима A (12), и этот цикл повторяется вновь и вновь по принципу положительной обратной связи. Поскольку оба рибозима A и В являются мечеными, детектирование каждого или обоих в супернатанте свидетельствует о присутствии инициирующего рибозима 16 в реакционной смеси. If the initiating ribozyme is present in the reaction mixture, sequence b is cleaved to release free ribozyme A (12) into the reaction mixture. Each ribozyme A (12) is able to diffuse in the reaction vessel to split
Далее следует пример молекулы 10, содержащей рибозим 12 типа головки молотка, соединенный с последовательностью 13, которую затем метят на 3'-конце биотином (заглавные буквы: 2'-O-метилированные; маленькие буквы: РНК)
5'CCA cugauga gGCC GAAA GGCc gaa acGUguc CGU AAA-
Далее следует пример молекулы 11, содержащей другой рибозим 14 типа головки молотка, который способен отщеплять последовательность 13, присутствующую в молекуле 10. Рибозим 14 соединен с последовательностью 15, отщепляемой рибозимом 12 молекулы, которую затем метят на ее 3'-конце биотином (заглавные буквы: 2'-O-метилированные; маленькие буквы: РНК)
5'-GAG ACG cugauga gGCC GAAA GGCc gaa acAC guc UGG AAA
Хотя рибозимы A и B называют различными рибозимами и а и b называют различными последовательностями, оба рибозима и обе последовательности могут быть на самом деле идентичными. В таком случае саморасщепления в каждой молекуле 10 и 11 избегают связыванием рибозима с присоединенной к нему последовательностью в такой близости, которая делает невозможным цис-расщепление, тогда как свободные рибозимы способны транс-расщеплять композиционные молекулы. Это может быть сделано связыванием рибозима непосредственно рядом с его потенциально отщепляемой последовательностью. Это связано с тем, что рибозим должен находиться на расстоянии нескольких нуклеотидов от потенциально отщепляемой им последовательности для эффективного отщепления. Таким образом, когда рибозим в композиционной молекуле связан непосредственно без промежутка с отщепляемой последовательностью, то цис-расщепление невозможно и последовательности могут быть расщеплены только в транс-расщеплении, что делает возможным только транс-расщепление.The following is an example of
5'CCA cugauga gGCC GAAA GGCc gaa acGUguc CGU AAA-
The following is an example of a
5'-GAG ACG cugauga gGCC GAAA GGCc gaa acAC guc UGG AAA
Although ribozymes A and B are called different ribozymes and a and b are called different sequences, both ribozymes and both sequences can actually be identical. In this case, self-cleavage in each
Теперь рассматривается фиг. 2(а), которая показывает альтернативу, где только один вид композиционных молекул присутствует в реакционном сосуде. Каталитическая система содержит один вид молекул 17', каждая из которых содержит рибозим C' (18') и отщепляемую последовательность с' (19'). Молекула 17' находится в форме замкнутого кольца и, следовательно, рибозим 18' исходно является неактивным. Now, FIG. 2 (a), which shows an alternative where only one kind of composite molecules is present in the reaction vessel. The catalytic system contains one type of molecule 17 ', each of which contains the ribozyme C' (18 ') and a cleavable sequence c' (19 '). The molecule 17 'is in the form of a closed ring and, therefore, the ribozyme 18' is initially inactive.
Если каталитически активный инициирующий рибозим 16' присутствует в среде, он способен отщеплять последовательность с' и раскрывать рибозим, делая его активным. Раскрытый рибозим 18' может в свою очередь раскрывать путем отщепления дополнительные композиционные молекулы 17', делая их активными. Детектирование можно проводить с применением флуоресцентной метки (F) и родамина (Rd). Когда они являются смежными, как это имеет место в замкнутой молекуле, эмиссия света флуоресцентной метки гасится, а когда они отделяются, как это имеет место в последовательности раскрытой молекулы, эмиссия света флуоресцентной метки становится более сильной. If the catalytically active initiating
Далее описывается фиг. 2(b), который показывает еще одну альтернативу каталитической системы, содержащей только один вид композиционной молекулы. Рибозим 17'' имеет в его центральной части (коре) дополнительную нуклеотидную последовательность 18'', которая делает рибозим неактивным. На конце этой экстра-последовательности находится блокирующая группа 19'', которая препятствует самопроизвольному легированию открытого конца. Next, FIG. 2 (b), which shows another alternative to a catalytic system containing only one kind of composite molecule. Ribozyme 17 '' has in its central part (cortex) an additional nucleotide sequence of 18 '', which makes the ribozyme inactive. At the end of this extra sequence is a 19 '' blocking group that prevents spontaneous doping of the open end.
Инициирующий рибозим 16''', который имеет каталитическую активность сплайсинга, способен отщеплять как дополнительную последовательность 18'', так и блокирующую группу 19'' и затем легировать свободные концы с образованием функционального рибозима. Затем функциональный рибозим способен сплайсировать другие рибозимы в реакционной среде, вызывая амплификацию реакции. Детектирование согласно одному выбору (Выбор 1) проводят, в основном, как описано в фиг. 2(а), но в этом случае родамин (Rd) и флуоресцентная группа (F) исходно разделены и только при активации рибозима они становятся смежными, так что активный рибозим детектируют по гашению эмиссии света. Согласно второму способу детектирования (Выбор 2), сплайсированная в среду группа, содержащая свободную дополнительную последовательность 18'' и блокирующую группу 19'', несет детектируемую метку. A 16 '' initiating ribozyme that has catalytic splicing activity is capable of cleaving both the 18 '' complementary sequence and the 19 '' blocking group and then doping the free ends to form a functional ribozyme. Then, the functional ribozyme is able to splicing other ribozymes in the reaction medium, causing amplification of the reaction. Detection according to one selection (Option 1) is carried out mainly as described in FIG. 2 (a), but in this case, rhodamine (Rd) and fluorescent group (F) are initially separated and only when ribozyme is activated do they become adjacent, so that the active ribozyme is detected by damping light emission. According to the second detection method (Choice 2), a spliced group containing an additional
Преимущество способа фиг. 2(b) состоит в очень низком уровне "фона", так как для того, чтобы неактивный рибозим стал самопроизвольно активным (без присутствия инициирующего рибозима), должны иметь место два самопроизвольных события: самопроизвольное расщепление (при вероятности 10-6-/мин в 10 мМ MgCl2 при физиологическом pH и при температуре 37oC) и самопроизвольное легирование (при вероятности 107/мин), что дает очень малую вероятность самопроизвольной активации (1013/мин).The advantage of the method of FIG. 2 (b) consists in a very low background level, since in order for an inactive ribozyme to become spontaneously active (without the presence of an initiating ribozyme), two spontaneous events must take place: spontaneous cleavage (with a probability of 10 -6 - / min in 10 mm MgCl 2 at physiological pH and at a temperature of 37 o C) and spontaneous doping (with a probability of 10 7 / min), which gives a very low probability of spontaneous activation (10 13 / min).
Метка, присоединенная к любому или к обоим рибозимам A, B или C (фиг. 1), может быть любой детектируемой меткой, известной в данной области, такой как радиоактивный изотоп, флуоресцентная метка, фермент, способный в присутствии субстрата давать цветную реакцию, и т.д. The label attached to any or both of A, B or C ribozymes (FIG. 1) may be any detectable label known in the art, such as a radioactive isotope, a fluorescent label, an enzyme capable of producing a color reaction in the presence of a substrate, and etc.
Фиг. 3 показывает различные способы, при помощи которых две композиционные молекулы 10 и 11 первого варианта помещают таким образом, чтобы избежать взаимодействия их друг с другом, но сделать возможным взаимодействие между свободными рибозимами 12 и 14 и композиционными молекулами. Должно быть понятно, что те же самые принципы используются для другого способа конструирования каталитической системы данного изобретения, т.е., когда присутствует только один вид композиционной молекулы, представленный на фиг. 2. FIG. 3 shows the various ways in which two
На фиг. 3(Ф) молекулы 10 и 11 иммобилизованы на различных и отделенных сторонах реакционного сосуда 18, тогда как рибозимы 12 и 14 свободно диффундируют в реакционной смеси. In FIG. 3 (f),
Фиг. 3(B) показывает молекулы 10 и 11, которые иммобилизованы на гранулах 19, размер которых препятствует взаимодействию между этими молекулами. Однако, свободные рибозимы 12 и 14 способны свободно диффундировать в реакционном сосуде и взаимодействовать с иммобилизованными композиционными молекулами. FIG. 3 (B) shows
Фиг. 3(C) показывает другой пример разделения композиционных молекул, в котором композиционные молекулы 10 и 11 присоединены к заряженным молекулярным частицам, несущим одинаковый заряд 37. Электрическое отталкивание между соединенными с ними молекулярными частицами исключает возможность взаимодействия между молекулами 10 и 11. Однако свободные рибозимы 12 и 14, которые по существу не имеют заряда, способны взаимодействовать с композиционными молекулами. FIG. 3 (C) shows another example of the separation of composite molecules, in which
Фиг. 3(D) показывает еще один пример разделения композиционных молекул 10 и 11 помещением их на противоположных сторонах пористой мембраны 34, которая служит в качестве сита, блокируя прохождение больших молекул 10 и 11, но позволяя проходить меньшим свободным рибозимам 12 и 14. FIG. 3 (D) shows another example of the separation of
Другим способом гарантии, что две композиционные молекулы 10 и 11 не взаимодействуют друг с другом, является использование блокирующих молекул, которые комплементарны специфической последовательности и делают ее двухцепочечной. Согласно этому способу, композиционная молекула 10 содержит блокирующую молекулу, которая делает отщепляемую молекулу b и часть каталитического района рибозима A двухцепочечными. В частично двухцепочечной композиционной молекуле 10 рибозим неактивен вследствие того, что его каталитический район является двухцепочечным. Композиционная молекула 11 блокируется подобным образом. Если в реакционной смеси присутствует инициирующий рибозим, он вытесняет часть блокирующей молекулы, присутствующей на композиционной молекуле 10, и тогда инициирующая молекула способна отщеплять последовательность b. После отщепления последовательности b рибозим A также становится активным, поскольку частично вытесненная блокирующая молекула полностью отпадает от композиционной молекулы 10, превращая ее каталитический район в одноцепочечный и активный. Затем активный рибозим A вытесняет блокирующую молекулу композиционной молекулы 11 способом, описанным выше, отщеплением последовательности а, превращением рибозима B в одноцепочечный и активный. Затем рибозим B активирует композиционную молекулу 10 способом, сходным с активацией инициирующего рибозима, описанной выше, и после этого может происходить перекрестная активация двух композиционных молекул. Another way to ensure that the two
Далее описывается фиг. 8, которая показывает другую альтернативу для конструирования каталитической системы данного изобретения. Эта каталитическая система содержит два вида рибозимов 80 и 81, которые активны при их полной сборке, но неактивны, когда они отделены от их частей 80a, 80b и 81a, 81b соответственно. Полный рибозим 80 способен легировать части рибозима 81a и 81b с образованием полного и активного рибозима 81. Полный рибозим 81 способен легировать части рибозима 80a и 80b с образованием полного и активного рибозима 80, так что происходит перекрестная активация посредством перекрестного легирования. Next, FIG. 8, which shows another alternative for constructing the catalyst system of the present invention. This catalytic system contains two types of
Инициирующий рибозим 86 или 86' способен создавать полный и активный рибозим 80 либо отщеплением полного, но иммобилизованного рибозима от его местоположения, где он пространственно отделен от частей рибозима 81a и 81b, например, одним из способов, описанных в фиг. 3 (фиг. 8, вверху слева), либо благодаря способности легировать части 80a и 80b с образованием полного и активного рибозима 80 (фиг. 8, вверху справа). The initiating
Система детектирования. Detection system.
При применении способа изобретения для облегчения детектирования биомолекул, иных чем рибозимы, изобретение включает в себя также систему детектирования, способную продуцировать каталитически активный инициирующий рибозим только в присутствии анализируемой молекулы. When applying the method of the invention to facilitate the detection of biomolecules other than ribozymes, the invention also includes a detection system capable of producing a catalytically active initiating ribozyme only in the presence of the analyzed molecule.
Фиг. 4 показывает один пример варианта активации данного изобретения. В этом примере анализируемой биомолекулой является иммобилизованная последовательность нуклеиновой кислоты A (41), например, последовательность ДНК. Иммобилизацию можно выполнять в соответствии с любым известным в данной области способом, например, при помощи сшивающего агента или улавливанием анализируемой молекулы нуклеиновой кислоты между двумя пористыми мембранами, пропускающими молекулы меньшего размера. Если анализируемой молекулой является белок, он может быть иммобилизован на гранулах, несущих подходящие улавливающие агенты, такие как подходящие иммобилизованные антитела, направленные против районов, которые не требуются для детектирования, и т.д. Альтернативно, анализируемая биомолекула может быть иммобилизована на слое нитроцеллюлозы и другой белок, такой как альбумин, должен быть затем нанесен на нитроцеллюлозу для насыщения всех вакантных мест слоя нитроцеллюлозы во избежание, в следующей стадии, неспецифической адсорбции. FIG. 4 shows one example of an activation option of the present invention. In this example, the analyzed biomolecule is an immobilized nucleic acid sequence A (41), for example, a DNA sequence. The immobilization can be carried out in accordance with any method known in the art, for example, by means of a crosslinking agent or by trapping the analyzed nucleic acid molecule between two porous membranes that allow smaller molecules to pass through. If the molecule to be analyzed is a protein, it can be immobilized on granules carrying suitable capture agents, such as suitable immobilized antibodies directed against areas that are not required for detection, etc. Alternatively, the analyzed biomolecule can be immobilized on a nitrocellulose layer and another protein, such as albumin, must then be applied on nitrocellulose to saturate all vacant spots of the nitrocellulose layer to avoid, in the next step, non-specific adsorption.
Эта система детектирования содержит также первую комплексную молекулу 42, содержащую рибозим 43, соединенный с отщепляемой последовательностью с' (44), способной отщепляться активным рибозимом, и, кроме того, содержит последовательность а' (45), комплементарную анализируемой последовательности A (41). Рибозим 43 не расщепляет самостоятельно, так как молекула 42 находится в реакционной среде без магния, что исключает каталитическую активность рибозимов. Это может быть достигнуто, например, хранением комплексной молекулы 42 в реакционной среде с ЭДТК без магния. This detection system also contains the first
Пример рибозима 43, соединенного с отщепляемой последовательностью с' (44), типа головки молотка (заглавные буквы: 2'-O- метилированные; маленькие буквы: РНК; подчеркнутые: ДНК)
Молекулам 41 и 42 дают гибридизоваться с образованием иммобилизованного гибрида 46. Свободные молекулы 42 удаляют промыванием и к иммобилизованному гибриду 46 добавляют ионы магния в концентрации, достаточной для активации рибозимов. В присутствии такой концентрации иона магния рибозим 43 способен отщеплять последовательность с', высвобождаясь в реакционную смесь, оставляя расщепленный гибрид 47 иммобилизованным. Свободный и каталитически активный рибозим 43 может служить в качестве инициирующего рибозима в каталитической системе.An example of a
Фиг. 5 показывает другой пример варианта активации данного изобретения. Анализируемую биомолекулу 51, которая содержит последовательность нуклеиновой кислоты A, например, последовательность ДНК, иммобилизуют, как описано выше. Система детектирования содержит вторую комплексную молекулу 52, содержащую рибозим 53, соединенный с последовательностью с' (54), которая может отщепляться каталитически активным рибозимом, и последовательность а'(55), комплементарную последовательности A анализируемой биомолекулы. Эта комплексная молекула содержит также ингибиторную часть молекулы 58, которая, если она присутствует в ее немодифицированной форме, ингибирует каталитическую активность рибозима 53. Примером ингибиторной молекулы является последовательность нуклеиновой кислоты, комплементарная части рибозима. В присутствии такой последовательности рибозим складывается в неактивную трехмерную форму. FIG. 5 shows another example of an activation option of the present invention. The analyzed
Молекулам 51 и 52 дают гибридизоваться с образованием иммобилизованного гибрида 56 и свободные молекулы 52 удаляют промыванием. К отделенному гибриду 56 добавляют модифицирующие вещества, которые способны взаимодействовать с ингибиторной частью молекулы 58 и модифицировать ее в неингибирующую форму. Например, если ингибиторная часть молекулы представляет собой последовательность нуклеиновой кислоты, вызывающая складывание рибозима, модифицирующим веществом может быть последовательность, комплементарная ингибиторной части молекулы, которая гибридизуется с ингибиторной частью и блокирует ее, позволяя рибозиму переукладываться в его активную форму. Альтернативно, модифицирующими веществами могут быть вещества, способные удалять или отщеплять ингибиторную часть молекулы, прекращая ее ингибиторное действие. Затем добавляют активный рибозим, способный отщеплять последовательность с' с высвобождением его из иммобилизованного расщепленного гибрида 57. Каталитически активный свободный рибозим 53 служит затем в качестве инициирующего рибозима в каталитической системе.
Далее рассматривается фиг. 9, которая показывает другой пример варианта активации данного изобретения. Молекула 91 содержит последовательность инициирующего рибозима 90, соединенную с последовательностью с, отщепляемую рибозимом, и с последовательностями а и b, которые способны гибридизоваться с анализируемой биомолекулой, представляющей собой, например, молекулу 94 анализируемой последовательности ДНК. Кроме того, молекула 91 содержит блокирующую последовательность ДНК 92, которая содержит последовательности B и C, способные гибридизоваться с последовательностями b и с молекулы 91 соответственно с образованием двухцепочечной структуры. Блокирующая последовательность ДНК 92 присоединена через линкерную последовательность 93. Рибозим 90 не способен отщеплять последовательность с, так как район его последовательности является двухцепочечным (благодаря гибридизации с блокирующей последовательностью 92). Next, FIG. 9, which shows another example of an activation option of the present invention.
Затем в реакционную смесь вводят анализируемую молекулу 94. Если анализируемая биомолекула комплементарна а и b молекулы 91, то блокирующая последовательность 92 вытесняется анализируемой молекулой 94 с образованием гибридной молекулой 95. В гибридной молекуле 95 отщепляемая последовательность с является одноцепочечной, что позволяет рибозиму отщеплять ее и таким образом высвобождаться в реакционную среду в виде каталитически активного рибозима 96, который служит в качестве инициирующего рибозима в каталитической системе. Then the analyzed
Согласно этому варианту, условия, такие как температура, длина части узнавания биомолекулы b, которая является двухцепочечной, и т.д., должны быть выбраны тщательно, так чтобы анализируемая молекула была способна вытеснять блокирующую молекулу 92 только в том случае, если последовательности A и B анализируемой биомолекулы точно подобраны для последовательностей узнавания а и b. According to this embodiment, conditions such as temperature, length of the recognition part of the biomolecule b, which is double-stranded, etc., must be carefully selected so that the analyzed molecule is able to displace the
Далее описана фиг. 6, которая показывает вариант транскрипции системы детектирования данного изобретения, пригодный в том случае, когда биомолекула является последовательностью нуклеиновой кислоты. Согласно этому характерному варианту, точная ДНК-матрица, которая в конце концов приводит к транскрипции инициирующего рибозима, собирается из ее частей только в присутствии анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты. Эта система детектирования содержит первую олигонуклеотидную молекулу 61, являющуюся в основном ДНК, содержащую в направлении от 3'к 5': двухцепочечный промотор, последовательность R, кодирующую комплементарную последовательность инициирующего рибозима, последовательность C, кодирующую последовательность, отщепляемую каталитически активным рибозимом, и последовательность D1, комплементарную 5'-части анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты. Система детектирования содержит, кроме того, вторую олигонуклеотидную молекулу 62, являющуюся в основном ДНК, содержащую в направлении от 3' к 5': последовательность D2, комплементарную 3'-части анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты, и триггерную олигонуклеотидную матрицу (TRIG). В случае присутствия анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты 63 и при подходящих для гибридизации условиях, последовательность D1 молекулы 61 и последовательность D2 молекулы 62 гибридизуются с последовательностями D1' и D2' соответственно анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты с образованием гибрида 64.Next, FIG. 6, which shows a transcription variant of the detection system of the present invention, useful when the biomolecule is a nucleic acid sequence. According to this characteristic embodiment, the exact DNA template, which ultimately leads to transcription of the initiating ribozyme, is assembled from its parts only in the presence of the analyzed nucleic acid sequence. This detection system contains a
В присутствии системы транскрипции продуцируется нематричная цепь олигонуклеотида 65, содержащая в направлении от 3'к 5': триггерную олигонуклеотидную последовательность trig, последовательности d2' и d1', последовательности с', г', комплементарные отщепляемым последовательностям нуклеиновой кислоты и инициирующему рибозиму соответственно.In the presence of a transcription system, a
К реакционной смеси добавляют молекулы обратной промоторной конструкции 66, содержащие одноцепочечный ДНК-промотор, соединенный с последовательностью, способной гибридизоваться с олигонуклеотидной триггерной последовательностью TRIG. При подходящих условиях обратная промоторная конструкция 66 гибридизуется с молекулой 65 с образованием гибрида 66. В присутствии ДНК-полимеразы одноцепочечный промотор дополняется с образованием функционального двухцепочечного промотора в гибриде 68. Reverse promoter construct 66 molecules containing a single-stranded DNA promoter linked to a sequence capable of hybridizing with the TRIG oligonucleotide trigger sequence are added to the reaction mixture. Under suitable conditions, the reverse promoter construct 66 hybridizes to
Гибрид 68 может служить, в присутствии реагентов транскрипции, в качестве матрицы для образования конечного олигонуклеотидного транскрипта 69, содержащего, начиная от его 5'-конца: последовательность инициирующего рибозима r и отщепляемую последовательность с, способную отщепляться этим рибозимом.
Рибозим r отщепляет отщепляемую последовательность c с высвобождением его в окружающую среду в виде свободного рибозима 70. Свободный рибозим 70 может служить в качестве каталитически активного инициирующего рибозима в каталитической системе. Ribozyme r cleaves the cleavable sequence c to release it into the environment in the form of
Один из способов варианта сборки показан на фиг. 7(а). Система детектирования содержит анализируемую биомолекулу 71, содержащую последовательность нуклеиновой кислоты A1 A2. Кроме того, система детектирования содержит часть рибозима 72, включающую олигонуклеотидную последовательность а1', комплементарную последовательности A1 и другую часть рибозима 73, содержащую олигонуклеотидную последовательность a2' комплементарную последовательности A2. Эти части рибозима 72 и 73 вместе составляют полный рибозим при сборке этих двух частей.One method of assembly option is shown in FIG. 7 (a). The detection system contains an analyzed
В случае присутствия анализируемой молекулы 71 в среде она может гибридизоваться с a1 части рибозима 72 и с az части рибозима 73, сводя эти две части вместе с образованием гибрида 76 функционального рибозима и анализируемой последовательности, который может служить в качестве инициирующего рибозима в каталитической системе, например, в результате отщепления молекулы 77, которое может быть необходимым для инициации каскада амплификации в каталитической системе.In the presence of the analyzed
Другой способ варианта сборки данного изобретения показан на фиг. 7(b). Another method of an assembly option of the present invention is shown in FIG. 7 (b).
Был сконструирован рибозим 79 типа головки молотка, в котором стебель-11 был укорочен так, чтобы он имел только один комплементарный нуклеотид (представленный одной линией на фиг. 2b) и остальную часть стебля раскрывали с образованием плеч а и b. Рибозим 79 способен гибридизоваться с последовательностью 70 с образованием стеблей I и III и затем проявлять каталитическую активность, например, отщепления последовательности 70. Однако априорно рибозим 79 неспособен отщеплять отщепляемую последовательность 70, так как его стебель-II является раскрытым и неактивным. Плечи а и b открытой центральной части были сконструированы таким образом, чтобы они были комплементарны последовательностям A и B анализируемой последовательности, например, ДНК-последовательности 80. A
В присутствии анализируемой ДНК-последовательности 80 плечи а и b стебля-II рибозима 79 гибридизуются с анализируемой последовательностью с образованием полностью двухцепочечного стебля-II и таким образом рибозим становится каталитически активным и может служить в качестве инициирующего рибозима в каталитической системе, где, например, отщепляемая последовательность 70 является частью фермента в каталитической системе, требующей отщепления для его активации. In the presence of the analyzed
Пример 1. Обнаружение анализируемой последовательности нуклеиновой кислоты при помощи рибозима с открытым стеблем-II. Example 1. Detection of the analyzed nucleic acid sequence using an open stem II ribozyme.
Рибозим HH8 рассекали на две части при петле стебля-II. Каждая из двух половин рибозима HH8 (HH8-3 и HH8-5) имеет отличающуюся от другой хвостовую последовательность из дополнительных 17 оснований, комплементарную LAMTAR0 целевой молекулы ДНК. В присутствии этой мишени две половины сводятся вместе и образуют активный рибозим. В мишени LAMTAR0 эти две последовательности, комплементарные половинкам рибозима, являются непрерывными. В других молекулах LAMTAR (LAMTAR1 - LAMTAR4) эти две последовательности разделены 1-4 некомплементарными основаниями соответственно. Субстратом рибозима является SB8-24, который содержит последовательность, узнаваемую HH8. Ribozyme HH8 was dissected into two parts with a loop of stem II. Each of the two halves of the HH8 ribozyme (HH8-3 and HH8-5) has a tail sequence of an additional 17 bases that is different from the other, complementary to the LAMTAR0 of the target DNA molecule. In the presence of this target, the two halves come together and form an active ribozyme. In the LAMTAR0 target, these two sequences, complementary to the ribozyme halves, are continuous. In other LAMTAR molecules (LAMTAR1 - LAMTAR4), these two sequences are separated by 1-4 non-complementary bases, respectively. Ribozyme substrate is SB8-24, which contains a sequence recognized by HH8.
(a) Способ:
1. Последовательности:
Олигодезоксирибонуклеотиды были синтезированы на ДНК-синтезаторе Applied Biosystem 381A согласно протоколу, рекомендуемому изготовителем. Для всех синтезов РНК использовали набор (Ampliscribe (Epicenter Technologies). [α32-P] UTP [3000 Ки/ммоль] приобретали в Rotem Industry Ltd., Israel.(a) Method:
1. Sequences:
Oligodeoxyribonucleotides were synthesized on an Applied Biosystem 381A DNA synthesizer according to the protocol recommended by the manufacturer. Ampliscribe (Epicenter Technologies) kit was used for all RNA syntheses. [Α 32 -P] UTP [3000 Ci / mmol] was purchased from Rotem Industry Ltd., Israel.
ДНК-мишени:
LAMTAR0:
LAMTAR1:
LAMTAR2:
LAMTAR3:
LAMTAR4:
Подчеркнутые - комплементарны половине рибозима;
Жирные - некомплементарная дополнительная последовательность.Target DNA:
LAMTAR0:
LAMTAR1:
LAMTAR2:
LAMTAR3:
LAMTAR4:
Underlined - complementary to half of the ribozyme;
Fatty is a non-complementary extra sequence.
РНК-транскрипты:
SB-24 (субстрат для HH8):
5'GGUCACAAUGUCGGUCGAGUUCCA-3'
HH8-3 (половина рибозима):
HH8-5 (половина рибозима):
Подчеркнутые - комплементарны мишени.RNA transcripts:
SB-24 (substrate for HH8):
5'GGUCACAAUGUCGGUCGAGUUCCA-3 '
HH8-3 (half ribozyme):
HH8-5 (half ribozyme):
The underlined are complementary to the target.
2. Получение РНК. 2. Getting RNA.
ДНК-олигонуклеотиды синтезировали согласно (1) выше. Олигонуклеотиды очищали электрофорезом на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной, просматривали в УФ и элюировали в течение ночи при комнатной температуре в 0,5 М Трис-Cl (pH 7,0), 0,1% ДСН и 0,1 мМ ЭДТК. Элюированную ДНК осаждали 0,1 объемами 3 М ацетата натрия и 3 объемами этанола, ресуспендировали в 1 мМ Трис-Cl (pH 7,0) и 0,1 мМ ЭДТК и хранили при -20oC до использования. Очищенные олигонуклеотиды отжигали с комплементарным нематричным промоторным олигонуклеотидом РНК-полимеразы T7 (TAA TAG GAC TCA CTA TAG G) при 20 мМ каждого инкубированием при 95oC в течение 15 с и при 70oC, 60oC, 55oC, 50oC, 45oC, 40oC и 37oC в течение 5 мин (при каждой температуре). Реакционная смесь транскрипции (50 мл) содержала 2 мг отожженной ДНК, 1х реакционный буфер, 10 мМ дитиотреитол, 2 мМ ATP, CTP и GTP, 1 мМ UTP, 25 мКи [α32P] UTP и 1, мМ MgCl2. Смесь инкубировали в течение 1 ч при 37oC и затем в течение 5 мин при 80oC для дезактивации фермента. РНК осаждали, как описано ранее. Транскрипты очищали электрофорезом на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной. Местоположение РНК определяли авторадиографически и РНК элюировали, как описано выше. Элюированную РНК осаждали, как описано выше, ресуспендировали в 0,1х ТЭ и считали в сцинтилляционном счетчике (Luma LSC).DNA oligonucleotides were synthesized according to (1) above. Oligonucleotides were purified by electrophoresis on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea, viewed in UV and eluted overnight at room temperature in 0.5 M Tris-Cl (pH 7.0), 0.1% SDS and 0.1 mM EDTA . Eluted DNA was precipitated with 0.1 volumes of 3 M sodium acetate and 3 volumes of ethanol, resuspended in 1 mM Tris-Cl (pH 7.0) and 0.1 mM EDTA and stored at -20 ° C until use. The purified oligonucleotides were annealed with the complementary non-matrix promoter oligonucleotide T7 RNA polymerase (TAA TAG GAC TCA CTA TAG G) at 20 mM each by incubation at 95 o C for 15 s and at 70 o C, 60 o C, 55 o C, 50 o C, 45 ° C, 40 ° C and 37 ° C for 5 minutes (at each temperature). The transcription reaction mixture (50 ml) contained 2 mg of annealed DNA, 1x reaction buffer, 10 mM dithiothreitol, 2 mM ATP, CTP and GTP, 1 mM UTP, 25 mCi [α 32 P] UTP and 1, mM MgCl 2 . The mixture was incubated for 1 h at 37 o C and then for 5 min at 80 o C to deactivate the enzyme. RNA was precipitated as described previously. Transcripts were purified by electrophoresis on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea. The location of RNA was determined autoradiographically and RNA was eluted as described above. Eluted RNA was precipitated as described above, resuspended in 0.1x TEQ and counted in a scintillation counter (Luma LSC).
3. Реакция расщепления. 3. The cleavage reaction.
Реакции (10 мл) обычно проводили в присутствии 0,5 пмоль рибозима, 50 мМ Трис-Cl (pH 7,5), 1 мМ ЭДТК (pH 7,5), 0,05% ДСН и 30 мМ MgCl2. Реакции предынкубировали при 95oC в течение 1 мин для исключения альтернативных конформаций РНК, которые могли образоваться во время хранения при -20oC. Реакции инкубировали при 37oC в течение 1 ч и останавливали добавлением раствора красителя, содержащего 10 М мочевину и 10 мМ ЭДТК, и помещали на лед. Пробы денатурировали при 80oC в течение 5 мин и подвергали разделению на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной.Reactions (10 ml) were usually carried out in the presence of 0.5 pmol ribozyme, 50 mM Tris-Cl (pH 7.5), 1 mM EDTA (pH 7.5), 0.05% SDS and 30 mM MgCl 2 . The reactions were preincubated at 95 ° C for 1 min to exclude alternative RNA conformations that could have formed during storage at -20 ° C. The reactions were incubated at 37 ° C for 1 h and stopped by the addition of a dye solution containing 10 M urea and 10 mM EDTA, and placed on ice. Samples were denatured at 80 ° C. for 5 minutes and separated on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea.
(b) Результаты:
Результаты анализа в полиакриламидном геле показаны на фиг. 10. Рибозим без мишени не давал приемлемого расщепления. При добавлении мишени получали усиленное расщепление. Усиление было наивысшим в тестах с рибозимами LAMTAR4.(b) Results:
Polyacrylamide gel analysis results are shown in FIG. 10. Ribozyme without a target did not produce acceptable cleavage. When the target was added, enhanced cleavage was obtained. The gain was highest in tests with LAMTAR4 ribozymes.
Пример 2. Каталитическая система, содержащая композиционную молекулу в форме замкнутого кольца. Example 2. A catalytic system containing a composite molecule in the form of a closed ring.
SLS-предшественник рибозима (Rz) является кольцевым Rz со стеблем-II длиной 11 п. н. Два плеча узнавания соединены в тандеме с разделяющим их дополнительным основанием расщепления. Таким образом, этот рибозим не имеет активности, но служит в качестве матрицы для активных рибозимов. При его расщеплении "раскрытый" рибозим становится активным (как показано схематически на фиг. 2(b)). Для инициации каталитической системы должен присутствовать инициирующий рибозим. Спонтанное расщепление РНК происходит при скорости 1 событие на 106 молекул в минуту в 30 мМ MgCl2 при 37oC. Кольцевой рибозим, самопроизвольно расщепленный в сайте расщепления, становится активным и способен служить в качестве триггера.The SLS-precursor of ribozyme (Rz) is an annular Rz with a 11-bp stem II. The two arms of recognition are connected in tandem with the additional splitting base separating them. Thus, this ribozyme has no activity, but serves as a matrix for active ribozymes. Upon its cleavage, the “opened” ribozyme becomes active (as shown schematically in Fig. 2 (b)). To initiate the catalytic system, an initiating ribozyme must be present. Spontaneous cleavage of RNA occurs at a rate of 1 event per 10 6 molecules per minute in 30 mM MgCl 2 at 37 o C. The ring ribozyme, spontaneously cleaved at the cleavage site, becomes active and is able to serve as a trigger.
(a) Способ:
1. Последовательности:
Олигодезоксирибонуклеотиды синтезировали на синтезаторе ДНК Applied Biosystem 381A в соответствии с протоколом, рекомендованным изготовителем. Для всего синтеза РНК применяли набор Ampliscribe (Epicenter Technologies). [α32P] UTP [3000 Ки/ммоль] приобретали в Rotem Industries Ltd., Israel.(a) Method:
1. Sequences:
Oligodeoxyribonucleotides were synthesized on an Applied Biosystem 381A DNA synthesizer in accordance with the protocol recommended by the manufacturer. Ampliscribe kit (Epicenter Technologies) was used for all RNA synthesis. [α 32 P] UTP [3000 Ci / mmol] was purchased from Rotem Industries Ltd., Israel.
Последовательности предшественника РНК (SLS) были: 5' GGU CAG CAG UCG AA [плечо узнавания I] X [плечо узнавания III] CUG AUG AGA CUG CUG ACC A 3'(см. таблицу). RNA precursor sequences (SLS) were: 5 'GGU CAG CAG UCG AA [recognition arm I] X [recognition arm III] CUG AUG AGA CUG CUG ACC A 3' (see table).
2. Получение РНК. 2. Getting RNA.
Получение РНК выполняли, как описано в примере 1. Obtaining RNA was performed as described in example 1.
3. Реакция самопроизвольного расщепления. 3. The reaction of spontaneous cleavage.
Реакции (10 мкл) обычно проводили в присутствии 5 пмоль предшественника рибозима (SLS-транскриптов), 50 мМ Трис-Cl (pH 7,5), 1 мМ ЭДТА (pH 7,5), 0,05% ДСН и 300 мМ MgCl2. Реакции предынкубировали при 95oC в течение 1 мин для исключения альтернативных конформаций РНК, которые могли быть образованы во время хранения при -20oC. Реакции инкубировали при 37oC в течение 1 ч или в течение ночи и останавливали добавлением раствора красителя, содержащего 10 М мочевину и 10 мМ ЭДТК, и помещали на лед. Пробы денатурировали при 80oC в течение 5 мин и подвергали электрофорезу в 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной.Reactions (10 μl) were usually carried out in the presence of 5 pmol ribozyme precursor (SLS transcripts), 50 mM Tris-Cl (pH 7.5), 1 mM EDTA (pH 7.5), 0.05% SDS and 300 mM MgCl 2 . The reactions were preincubated at 95 ° C for 1 min to exclude alternative RNA conformations that could have formed during storage at -20 ° C. The reactions were incubated at 37 ° C for 1 h or overnight and stopped by the addition of a dye solution containing 10 M urea and 10 mM EDTA, and placed on ice. Samples were denatured at 80 ° C. for 5 minutes and electrophoresed on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea.
(b) Результаты:
Результаты этого полиакриламидного геля показаны на фиг. 11. Панель 8 различных кольцевых рибозимов испытывали на каскадную активность. Каскад инициировали самопроизвольным расщеплением, как описано выше. Как показано на фиг. 1, один из рибозимов (N 313) показал действующий каталитический каскад, приводящий к амплификации по принципу положительной обратной связи.(b) Results:
The results of this polyacrylamide gel are shown in FIG. 11. A panel of 8 different circular ribozymes was tested for cascading activity. The cascade was initiated by spontaneous cleavage, as described above. As shown in FIG. 1, one of the ribozymes (N 313) showed an active catalytic cascade, leading to amplification by the principle of positive feedback.
Пример 3. Ингибирование рибозима кровью и различными материалами, используемыми для получения ДНК. Example 3. Inhibition of ribozyme by blood and various materials used to obtain DNA.
Все способы амплификации требуют стадии подготовки проб для выделения нуклеиновых кислот и исключения ингибирования реакций компонентами крови. Некоторые вещества, такие как ДСН, фенол и гуанидиний, используются в этих способах получения. Реакция амплификации должна проводиться без необходимости стадии подготовки проб. Испытывали активность рибозимов в присутствии крови с высвобождающими нуклеиновые кислоты агентами и без них. Испытывали как только РНК-рибозимы, так и модифицированные рибозимы. All amplification methods require a sample preparation step to isolate nucleic acids and to exclude inhibition of reactions by blood components. Some substances, such as SDS, phenol and guanidinium, are used in these production methods. The amplification reaction should be carried out without the need for a sample preparation step. The activity of ribozymes was tested in the presence of blood with and without nucleic acid releasing agents. Both RNA ribozymes and modified ribozymes were tested.
(a) Способ:
1. Олигонуклеотиды:
Олигодезоксирибонуклеотиды приобретали в отделе молекулярной биологии Haddassa Hospital, Mount Scopus, Jerusalem. Модифицированный рибозим был синтезирован RPI, Boulder, Co. Для всего синтеза РНК использовали набор для транскрипции Ampliscribe T7 (Epicenter Technologies). [γ-32P] ATP [6000 Ки/ммоль] и [α32P] UTP [3000 Ки/ммоль] покупали в Rotem Industries Ltd., Israel. Полинуклеотидкиназу T7 покупали в NEB, Beverly, Ma.(a) Method:
1. Oligonucleotides:
Oligodeoxyribonucleotides were purchased at the Department of Molecular Biology, Haddassa Hospital, Mount Scopus, Jerusalem. The modified ribozyme was synthesized by RPI, Boulder, Co. For the entire RNA synthesis, the Ampliscribe T7 transcription kit (Epicenter Technologies) was used. [γ- 32 P] ATP [6000 Ci / mmol] and [α 32 P] UTP [3000 Ci / mmol] were purchased from Rotem Industries Ltd., Israel. T7 polynucleotide kinase was purchased from NEB, Beverly, Ma.
2. Рибозимы:
DS-LS-RzA3-6: 5'
Маленькие буквы - рибонуклеотиды;
заглавные буквы - 2'-O-метилированные модификации;
подчеркнутые буквы - дезоксирибонуклеотиды.2. Ribozymes:
DS-LS-RzA3-6: 5 '
Small letters are ribonucleotides;
caps - 2'-O-methylated modifications;
underlined letters are deoxyribonucleotides.
HH8 (РНК-транскрипт):
5' GGCGACCCUGAUGAGGCCGAAAGGCCGAAACAUUAA 3'.HH8 (RNA transcript):
5 'GGCGACCCUGAUGAGGCCGAAAGGCCGAAACAUUAA 3'.
3. Мечение модифицированного рибозима:
50 пмоль рибозима, 10 единиц полинуклеотидкиназы T7 и 20 мкКи [γ32P] ATP инкубировали в 1х реакционном буфере в общем объеме 10 мкл при 25oC в течение 1 часа. Реакцию останавливали инкубированном при 60oC в течение 10 мин.3. Labeling of the modified ribozyme:
50 pmol of ribozyme, 10 units of T7 polynucleotide kinase and 20 μCi [γ 32 P] ATP were incubated in 1x reaction buffer in a total volume of 10 μl at 25 ° C for 1 hour. The reaction was stopped by incubation at 60 ° C for 10 minutes.
4. Получение РНК:
Матричный ДНК-олигонуклеотид HH8 очищали электрофорезом на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной, просматривали в УФ и элюировали в течение ночи при комнатной температуре в 0,5 М Трис-Cl (pH 7,5), 0,1% ДСН и 0,1 мМ ЭДТК. Элюированную ДНК осаждали 0,1 объемом 3 М ацетата натрия и 3 объемами этанола, ресуспендировали в 0,1х ТЭ (1 мМ Трис-Cl pH 7,0 и 0,1 мМ ЭДТК) и хранили при -20oC до использования. Очищенный олигонуклеотид отжигали с комплементарным нематричным промоторным олигонуклеотидом РНК-полимеразы T7 (TAATACGACTCACTATAGO) при 20 мкМ каждого инкубированием при 95oC в течение 15 с и при 70oC, 60oC, 55oC, 50oC, 45oC, 40oC и 37oC в течение 5 мин (при каждой температуре). Реакционная смесь для транскрипции (50 мкл) содержала 2 мкМ отожженную ДНК, 1х буфер для реакции, 10 мМ дитиотреитол, 2 мМ ATP, CTP и GTP, 1 мМ UTP, 25 мКи [α32P] UTP и 1,1 мМ MgCl2. Смесь инкубировали в течение 1 ч при 37oC и затем в течение 5 мин при 80oC для дезактивации фермента. РНК осаждали, как описано выше. Транскрипты очищали электрофорезом на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной. Положение РНК определяли авторадиографией и РНК элюировали, как описано выше. Элюированную Рнк осаждали, как описано выше, ресуспендировали в 0,1х ТЭ и считали в сцинтилляционном счетчике (Luma LSC).4. Getting RNA:
HH8 template DNA oligonucleotide was purified by electrophoresis on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea, viewed in UV and eluted overnight at room temperature in 0.5 M Tris-Cl (pH 7.5), 0.1% SDS and 0 , 1 mM EDTA. The eluted DNA was precipitated with 0.1 volume of 3 M sodium acetate and 3 volumes of ethanol, resuspended in 0.1x TEQ (1 mm Tris-Cl pH 7.0 and 0.1 mm EDTA) and stored at -20 ° C until use. The purified oligonucleotide was annealed with the complementary non-matrix promoter oligonucleotide T7 RNA polymerase (TAATACGACTCACTATAGO) at 20 μM each by incubation at 95 ° C for 15 s and at 70 ° C, 60 ° C, 55 ° C, 50 ° C, 45 ° C, 40 o C and 37 o C for 5 min (at each temperature). The transcription reaction mixture (50 μl) contained 2 μM annealed DNA, 1x reaction buffer, 10 mM dithiothreitol, 2 mM ATP, CTP and GTP, 1 mM UTP, 25 mCi [α 32 P] UTP and 1.1 mM MgCl 2 . The mixture was incubated for 1 h at 37 o C and then for 5 min at 80 o C to deactivate the enzyme. RNA was precipitated as described above. Transcripts were purified by electrophoresis on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea. The position of the RNA was determined by autoradiography and the RNA was eluted as described above. Eluted RNA was precipitated as described above, resuspended in 0.1x TEQ and counted in a scintillation counter (Luma LSC).
5. Реакция расщепления:
Реакции (10 мкл) обычно проводили в присутствии 0,5 пмоль модифицированного рибозима или HH8, 50 мМ Трис-Cl (pH 7,5), 1 мМ ЭДТК (pH 7,5), 0,05% ДСН и 30 мМ MgCl2. Добавляли 1 мкл цельной крови или 0,2 мкл цельной крови и дополнительный компонент (см. фиг. 1). Реакции инкубировали при 37oC в течение 1 ч и останавливали добавлением раствора красителя, содержащего 10 М мочевину и 10 мМ ЭДТК, и помещали на лед. Пробы денатурировали при 80oC в течение 5 мин и подвергали электрофорезу на 15% полиакриламидном геле с 7 М мочевиной.5. The cleavage reaction:
Reactions (10 μl) were usually carried out in the presence of 0.5 pmol of modified ribozyme or HH8, 50 mM Tris-Cl (pH 7.5), 1 mM EDTA (pH 7.5), 0.05% SDS and 30 mM MgCl 2 . Added 1 μl of whole blood or 0.2 μl of whole blood and an additional component (see Fig. 1). The reactions were incubated at 37 o C for 1 h and stopped by the addition of a dye solution containing 10 M urea and 10 mm EDTA, and placed on ice. Samples were denatured at 80 ° C. for 5 minutes and subjected to electrophoresis on a 15% polyacrylamide gel with 7 M urea.
(b) Результаты:
Эти результаты показаны на фиг. 12, где в каждой пробе присутствовали 0,5 пмоль рибозимов, и 1 мкл крови смешивали либо с 10% ДСН, либо с гуанидинизоцианатом, либо со смесью фенол/хлороформ (1:1), добавляли к реакционному тесту по 1 мкл обработанной пробы крови или только агента. Результаты активности рибозима не ингибировались ни 1% ДСН, ни 0,35 М гуанидином, ни 5% смесью фенол/хлороформ (ни в присутствии крови, ни без нее). Необработанная кровь разрушает РНК-часть рибозимов. Эти результаты показывают одно из преимуществ способа детектирования на основе рибозимов данного изобретения, заключающееся в том, что денатурирующие агенты, используемые в получении каталитической пробы, не ингибируют каталитическую активность рибозима.(b) Results:
These results are shown in FIG. 12, where 0.5 pmol of ribozymes were present in each sample, and 1 μl of blood was mixed with either 10% SDS, or with guanidine isocyanate, or with a phenol / chloroform mixture (1: 1), 1 μl of the processed blood sample was added to the reaction test or just an agent. The results of ribozyme activity were not inhibited by either 1% SDS, nor 0.35 M guanidine, or 5% phenol / chloroform mixture (neither in the presence of blood, nor without it). Untreated blood destroys the RNA portion of ribozymes. These results show one of the advantages of the ribozyme-based detection method of the present invention that denaturing agents used in the preparation of the catalytic sample do not inhibit the catalytic activity of the ribozyme.
Claims (29)
27.02.95 по пп.1 - 16, 18 - 22, 25 - 29;
26.10.95 по пп.17, 23 и 24.Priority on points:
02/27/95 according to claims 1 - 16, 18 - 22, 25 - 29;
10.26.95 on PP.17, 23 and 24.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IL11279995A IL112799A (en) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | Detection of biomolecules |
IL112799 | 1995-02-27 | ||
IL11577295A IL115772A0 (en) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Detection of biomolecules |
IL115772 | 1995-10-26 | ||
PCT/US1996/002380 WO1996027026A1 (en) | 1995-02-27 | 1996-02-27 | Detection of biomolecules |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97115935A RU97115935A (en) | 1999-07-10 |
RU2139352C1 true RU2139352C1 (en) | 1999-10-10 |
Family
ID=26322997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97115935A RU2139352C1 (en) | 1995-02-27 | 1996-02-27 | Detection of biomolecules |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1183812A (en) |
BR (1) | BR9607267A (en) |
CA (1) | CA2213622A1 (en) |
NO (1) | NO973926L (en) |
RU (1) | RU2139352C1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2782325B1 (en) * | 1998-08-12 | 2002-05-24 | Proteus | METHOD OF IDENTIFYING POLYNUCLEOTIDE SEQUENCES AND / OR CORRESPONDING PROTEINS FROM A SAMPLE OF NUCLEIC ACIDS |
CN109609505A (en) * | 2019-01-14 | 2019-04-12 | 中国科学院成都生物研究所 | A kind of hammerhead ribozyme of the shearing RNA screened in vivo |
-
1996
- 1996-02-27 RU RU97115935A patent/RU2139352C1/en active
- 1996-02-27 CA CA 2213622 patent/CA2213622A1/en not_active Abandoned
- 1996-02-27 CN CN 96192947 patent/CN1183812A/en active Pending
- 1996-02-27 BR BR9607267A patent/BR9607267A/en not_active Application Discontinuation
-
1997
- 1997-08-26 NO NO973926A patent/NO973926L/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO973926L (en) | 1997-10-08 |
NO973926D0 (en) | 1997-08-26 |
BR9607267A (en) | 1998-12-15 |
CN1183812A (en) | 1998-06-03 |
CA2213622A1 (en) | 1996-09-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6429301B1 (en) | Use of a ribozyme to join nucleic acids and peptides | |
AU783689B2 (en) | Sensitive, multiplexed diagnostic assays for protein analysis | |
US7022479B2 (en) | Sensitive, multiplexed diagnostic assays for protein analysis | |
US5589332A (en) | Ribozyme amplified diagnostics | |
US6143503A (en) | Use of a ribozyme to join nucleic acids and peptides | |
US6207388B1 (en) | Compositions, methods, kits and apparatus for determining the presence or absence of target molecules | |
JPH11507219A (en) | Catalytic DNA | |
AU6005300A (en) | In vitro selection and optional identification of polypeptides using solid support carriers | |
AU697317B2 (en) | Detection of biomolecules | |
US7745607B2 (en) | Aptamer selection method | |
MXPA97006501A (en) | Detection of biomolecu | |
WO1996027026A9 (en) | Detection of biomolecules | |
JP2020516294A (en) | Detection cascade | |
RU2139352C1 (en) | Detection of biomolecules | |
US6214546B1 (en) | Detection of biomolecules | |
EP3262185B1 (en) | Dna display and methods thereof | |
Ellington et al. | Combinatorial methods: aptamers and aptazymes | |
RU97115935A (en) | DETECTION OF BIOMOLECULES | |
WO2001032846A1 (en) | Catalytic nucleic acid sequences | |
JP2003523756A (en) | Improved method for the production of catalytic proteins |