RU2144080C1 - Ribosime, method of inactivation of rna-target, method of ribosime preparing - Google Patents
Ribosime, method of inactivation of rna-target, method of ribosime preparing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2144080C1 RU2144080C1 SU4830449/A SU4830449A RU2144080C1 RU 2144080 C1 RU2144080 C1 RU 2144080C1 SU 4830449/A SU4830449/A SU 4830449/A SU 4830449 A SU4830449 A SU 4830449A RU 2144080 C1 RU2144080 C1 RU 2144080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rna
- ribozyme
- sequence
- target
- cat
- Prior art date
Links
- 0 CC(***NN)=C Chemical compound CC(***NN)=C 0.000 description 2
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Abstract
Description
Изобретение относится к классу молекул синтетических РНК и их производных, а в частности, к рибозимам, обладающим высокоспецифической эндорибонуклеазной активностью. The invention relates to a class of molecules of synthetic RNAs and their derivatives, and in particular, to ribozymes having highly specific endoribonuclease activity.
Ряд встречающихся в природе РНК-молекул, например, таких как вироид "солнечной" пятнистости авокадо /ASBV/, содержащий РНК сателлит вируса кольцевой пятнистости табака /STOBRV/ и вирус проходящего стрика люцерны посевной /SLTSV/, подвержены самокаталиризуемому расщеплению. Очевидно, такое расщепление является основной и единственной частью жизненного цикла этих и других РНК. A number of naturally occurring RNA molecules, for example, such as the avocado sunspot viroid (ASBV), containing the RNA satellite of the tobacco ring spot virus / STOBRV / and the passing alfalfa streak virus / SLTSV /, are subject to self-catalyzed cleavage. Obviously, this cleavage is the main and only part of the life cycle of these and other RNAs.
Реакции самокатализируемого расщепления РНК требуют наличия двухвалентных ионов металлов и нейтрального или более высокого pH и приводят в результате к продуцированию РНК с концами, имеющими 5'-гидроксильную группу и 2', 3'-циклические фосфатные группы /Prody et al., Science 231: 1577-1580 /1986/ и Buzayan et al., Virology 151: 186-199 /1986//. Реакции расщепления катализируются самими РНК, что, вероятно, обусловлено конформцией мостиковых реакционноспособных групп, находящихся в непосредственной близости. Сайты самокатализируемого расщепления в природных РНК расположены в высоко консервированных областях РНК вторичной структуры /Buzayan et al., Proc. Natl. Acad. Soc. США 83:8859-8862 /1986/ and Forster, A.C. and Symous, R.H. Cell, 50:9-16 /1987//. Self-catalyzed RNA cleavage reactions require divalent metal ions and a neutral or higher pH and result in RNA production at the ends having a 5'-hydroxyl group and 2 ', 3'-cyclic phosphate groups / Prody et al., Science 231: 1577-1580 / 1986 / and Buzayan et al., Virology 151: 186-199 / 1986 //. The cleavage reactions are catalyzed by the RNAs themselves, which is probably due to the conformation of bridging reactive groups in close proximity. Sites of self-catalyzed cleavage in natural RNAs are located in highly conserved regions of RNA secondary structure / Buzayan et al., Proc. Natl. Acad Soc. USA 83: 8859-8862 / 1986 / and Forster, A.C. and Symous, R.H. Cell, 50: 9-16 / 1987 //.
Эксперименты настоящего изобретения проводили на содержащем РНК вирусе-сателлите кольцевой пятнистости табака /STORV/, с помощью которого осуществляли построение новых эндорибонуклеаз /называемых в дальнейшем "рибозимами"/, т. е. ферментов, включающих в себя РНК, которые катализуют специфическое расщепление целевых молекул РНК. The experiments of the present invention were carried out on a tobacco ring-spotting satellite virus / STORV / containing RNA, which was used to construct new endoribonucleases / hereinafter referred to as "ribozymes" /, i.e., enzymes including RNAs that catalyze the specific cleavage of target molecules RNA
Термин "рибозим", используемый в настоящем описании, относится к молекулам, целиком состоящим из РНК для ее производных. The term "ribozyme", as used herein, refers to molecules entirely consisting of RNA for its derivatives.
Рибозимы настоящего изобретения отличаются от РНК-эндорибонуклеазы, которая встречается в природе в Tetrahymena Thermophila /известная как IVS или L-19IVS РНК/ и которая подробно описана в работах: Thomas Cech et al., (Zang, A. T. et al. , Science /1984/ 224:574-578; Zang, A.T. и Cech, T.R. Science /1986/ 231:470-475; Zang, A.T., et al., Nature /1986/ 324:429-433; Публикация международной заявки N 88/04300 University Patents Inс/. Эндорибонуклеаза, описанная Cech, имеет активный сайт длиной 8 п.о., который гибридизируется с целевой последовательностью РНК, после чего происходит расщепление целевой РНК, при условии присутствия свободного гуанозина или его производных. Фрагменты, образующиеся в результате расщепления, содержат концевые 5'-фосфатную и 3'-гидроксильную группы. Лимитированное число нуклеотидов, пригодных для осуществления гибридизации с РНК - субстратом, ограничивает эффективность или продуктивность эндорибонуклеазы, описанной Cech. Олигонуклеотиды, содержащие менее 12 нуклеотидов, плохо гибридизируются с целевыми последовательностями. Очевидно также, что некоторое число нуклеотидов в активном сайте Cech-эндорибонуклеазы может потребоваться для сохранения эффективной активности эндорибонуклеазы. Это ограничивает число возможных перестановок последовательностей активных сайтов, которые могли бы быть осуществлены для повышения эффективной гибридизации с целевыми последовательностями, что, в свою очередь, ограничивает число целевых последовательностей РНК, расщепляемых Cech-эндорибонуклеазой. Cech-эндорибонуклеаза также модифицирует РНК путем добавления свободного гуанозинового нуклеотида к 5' - концу расщепленной РНК. The ribozymes of the present invention differ from the RNA endoribonuclease that is found naturally in Tetrahymena Thermophila / known as IVS or L-19IVS RNA / and which is described in detail in: Thomas Cech et al., (Zang, AT et al., Science / 1984 / 224: 574-578; Zang, AT and Cech, TR Science / 1986/231: 470-475; Zang, AT, et al., Nature / 1986/324: 429-433; Publication of International Application N 88/04300 University Patents Inc. The endoribonuclease described by Cech has an 8 bp active site that hybridizes to the target RNA sequence, followed by cleavage of the target RNA, subject to the presence of free guanose and derivatives thereof. Fragments resulting from cleavage contain terminal 5'-phosphate and 3'-hydroxyl groups. A limited number of nucleotides suitable for hybridization with an RNA substrate limits the efficiency or productivity of the endoribonuclease described by Cech. Oligonucleotides containing less than 12 nucleotides, poorly hybridize to target sequences. It is also obvious that a certain number of nucleotides in the active site of the Cech-endoribonuclease may be required to maintain the effective activity of the endoribonuclease. This limits the number of possible permutation of sequences of active sites that could be carried out to increase effective hybridization with target sequences, which, in turn, limits the number of target RNA sequences cleaved by Cech-endoribonuclease. Cech-endoribonuclease also modifies RNA by adding the free guanosine nucleotide to the 5 ′ end of the cleaved RNA.
Напротив, рибозимы настоящего изобретения эффективно гибридизируются с широким рядом целевых РНК-последовательностей, не модифицируя при этом расщепленную целевую РНК. In contrast, the ribozymes of the present invention hybridize efficiently with a wide range of target RNA sequences without modifying the cleaved target RNA.
Рибозимы настоящего изобретения включают в себя гибридизирующую область, которая является комплементарной в нуклеотидной последовательности, по крайней мере, части целевой РНК, и каталитическую область, которая адаптирована к расщеплению целевой РНК. Гибридизирующая область содержит 9 или более нуклеотидов. The ribozymes of the present invention include a hybridizing region that is complementary to the nucleotide sequence of at least a portion of the target RNA, and a catalytic region that is adapted to cleave the target RNA. The hybridization region contains 9 or more nucleotides.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения рибозимы имеют область гибридизации, содержащую одну или более ветвей, образованных от однонитевой РНК и имеющую последовательность комплементарную, по крайней мере, части целевой РНК; причем указанные одна или несколько ветвей, ассоциированных с каталитической областью, обладают способностью к расщеплению указанной целевой РНК; а область гибридизации содержит одну ветвь из числа указанных ветвей РНК, которая состоит, по крайней мере, из 9 нуклеотидов, при этом указанная область гибридизации включает в себя 2 или более ветви РНК, а сумма нуклеотидов в указанных ветвях составляет более 9 нуклеотидов. In a preferred embodiment of the present invention, ribozymes have a hybridization region comprising one or more branches formed from single-stranded RNA and having a sequence complementary to at least a portion of the target RNA; wherein said one or more branches associated with the catalytic region are capable of cleaving said target RNA; and the hybridization region contains one branch of the indicated RNA branches, which consists of at least 9 nucleotides, while this hybridization region includes 2 or more RNA branches, and the sum of the nucleotides in these branches is more than 9 nucleotides.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения рассматривается получение рибозимы формулы 1:
где X представляет собой любой рибонуклеотид и каждый из остатков X могут быть одинаковыми или различными;
сумма n и n' превышает 6, и n и n' могут быть одинаковыми или различными;
/*/ означает пару оснований между комплементарными рибонуклеотидами;.In one embodiment of the present invention, the preparation of ribozymes of
where X is any ribonucleotide and each of the X residues may be the same or different;
the sum of n and n 'is greater than 6, and n and n' may be the same or different;
/ * / means a base pair between complementary ribonucleotides ;.
X' и X'' представляют собой олигорибонуклеотиды комплементарной последовательности вдоль, по крайней мере, части их длины, так, чтобы основания между олигорибонуклеотидами спаривались; или X' и X'' вместе образуют одну последовательность РНК, причем, по крайней мере, часть указанной последовательности включает в себя стебель, образованный спариванием оснований между комплементарными нуклеотидами; и необязательно, в формуле /I/ после IA может быть введен дополнительный нуклеотид, выбранный из A, G, C или U.X 'and X''are oligoribonucleotides of a complementary sequence along at least part of their length, so that the bases between the oligoribonucleotides mate; or X ′ and X ″ together form a single RNA sequence, wherein at least a portion of said sequence includes a stem formed by base pairing between complementary nucleotides; and optionally, in the formula / I / after I A, an additional nucleotide selected from A, G, C or U may be introduced.
Область /I/ формулы /1/ представляет собой плечи или фланкирующие последовательности рибозима, которые гибридизируются с соответствующими участками целевой последовательности РНК. Указанные плечи могут гибридизироваться вдоль полной длины целевой РНК или ее части. Каталитическая область РНК изображена в области /II/ формулы /1/. Указанная каталитическая область может содержать один или несколько дополнительных нуклеотидов, которые не оказывают неблагоприятного воздействия на каталитическую активность. Указанные добавки могут быть легко проверены на рибозимную активность способом, не требующим сложных экспериментов, который будет описан ниже. Каталитическая область может также составлять часть гибридизирующей области. The region / I / of the formula / 1 / represents the shoulders or flanking sequences of the ribozyme that hybridize with the corresponding regions of the target RNA sequence. These arms can hybridize along the full length of the target RNA or part thereof. The catalytic region of RNA is depicted in the region / II / of the formula / 1 /. The specified catalytic region may contain one or more additional nucleotides that do not adversely affect the catalytic activity. These additives can be easily tested for ribozyme activity in a manner that does not require complex experiments, which will be described below. The catalytic region may also form part of a hybridization region.
Олигорибонуклеотиды X' и X'' могут содержать до 5000 нуклеотидов или более. Oligoribonucleotides X ′ and X ″ may contain up to 5000 nucleotides or more.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения рассматривается получение рибозимы формулы 2:
где X представляет собой любой рибонуклеотид и каждый из остатков X могут быть одинаковыми или различными;
/*/ означает пару оснований между комплементарными рибонуклеотидами;
n и n' определены выше;
m и m' имеют значение 1 или выше и могут быть одинаковыми или различными;
"B" представляет собой связь, пару оснований, рибонуклеотид или олигорибонуклеотид, содержащий, по крайней мере, 2 рибонуклеотида;
и необязательно, в формуле /2/ после IA может быть введен добавочный нуклеотид, выбранный из A, G, C или U.In another embodiment of the present invention, the preparation of ribozymes of
where X is any ribonucleotide and each of the X residues may be the same or different;
/ * / means a base pair between complementary ribonucleotides;
n and n ′ are as defined above;
m and m 'have a value of 1 or higher and may be the same or different;
“B” is a bond, a base pair, a ribonucleotide or an oligoribonucleotide containing at least 2 ribonucleotides;
and optionally, in formula / 2 / after I A, an additional nucleotide selected from A, G, C or U may be introduced.
Рибозимы настоящего изобретения могут быть получены способами, известными per se, использующимися для синтеза РНК-молекул. /Например, в соответствии с руководством, рекомендованным Promega, Madison, WI США/. В частности, рибозимы настоящего изобретения могут быть получены из соответствующей ДНК-последовательности /ДНК, которая при транскрипции дает рибозим и которая может быть синтезирована способами, обычно используемыми специалистами для синтеза ДНК/, активно связанной с промотором РНК-полимеразы, например промотором для РНК-полимеразы T7 или SP6. ДНК-последовательность, соответствующая рибозиму настоящего изобретения, может быть лигирована в вектор переноса ДНК, например плазмидную или фаговую ДНК. Когда вектор переноса содержит промотор РНК-полимеразы, активно связанный с ДНК, соответствующий рибозиму, то рибозим может быть продуцирован в процессе инкубации с РНК-полимеразой. Поэтому, рибозимы могут быть продуцированы in vitro путем инкубации РНК-полимеразы с промотором РНК-полимеразы, активно связанным с ДНК, соответствующей рибозиму, в присутствии рибонуклеотидов. In vivo прокариотические или эукариотические клетки /включая клетки млекопитающих и растений/ могут быть трансфецированы с соответствующим вектором внедрения, содержащим генетический материал, соответствующий рибозиму, который согласно настоящему изобретению является активно связанным с промотором РНК-полимеразы так, что указанный рибозим транскрибируется в хозяйской клетке. Векторы переноса могут быть бактериальными плазмидами или вирусными РНК или ДНК. Нуклеотидная последовательность, соответствующая рибозимам, находится, в основном, под контролем сильных промоторов, например, таких как lac, поздний промотор SV 40, ранний промотор SV 40, металлотионин, или λ- промоторы. Рибозимы могут быть транскрибированы непосредственно in vivo из вектора переноса или альтернативно они могут быть транскибированы как часть из большей РНК-молекулы. Например, ДНК, соответствующая рибозимным последовательностям, может быть лигирована в 3'-конец гена-носителя, например, после стоп-сигнала трансляции. Большие, молекулы РНК могут способствовать стабилизации рибозимных молекул против нуклеазного переваривания в клетках. При трансляции ген-носитель может способствовать образованию белка, присутствие которого можно непосредственно оценить с помощью ферментной реакции. Ген-носитепь может, например, кодировать фермент. The ribozymes of the present invention can be obtained by methods known per se, used for the synthesis of RNA molecules. / For example, in accordance with the guidelines recommended by Promega, Madison, WI USA /. In particular, the ribozymes of the present invention can be obtained from the corresponding DNA sequence (DNA, which upon transcription produces a ribozyme and which can be synthesized by methods commonly used by specialists in DNA synthesis), actively linked to the RNA polymerase promoter, for example, the RNA- promoter polymerase T7 or SP6. The DNA sequence corresponding to the ribozyme of the present invention can be ligated into a DNA transfer vector, for example plasmid or phage DNA. When the transfer vector contains an RNA polymerase promoter actively linked to the DNA corresponding to the ribozyme, the ribozyme can be produced during incubation with the RNA polymerase. Therefore, ribozymes can be produced in vitro by incubating an RNA polymerase with an RNA polymerase promoter actively linked to the DNA corresponding to the ribozyme in the presence of ribonucleotides. In vivo prokaryotic or eukaryotic cells (including mammalian and plant cells) can be transfected with an appropriate insertion vector containing the genetic material corresponding to the ribozyme, which according to the present invention is actively linked to the RNA polymerase promoter so that said ribozyme is transcribed in the host cell. Transfer vectors can be bacterial plasmids or viral RNA or DNA. The nucleotide sequence corresponding to the ribozymes is mainly controlled by strong promoters such as lac, the
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения рассматривается получение вектора переноса ДНК, который содержит ДНК-последовательность, соответствующую рибозиму, активно связанному с промотором, в целях обеспечения транскрипции рибозима. In yet another embodiment of the present invention, the preparation of a DNA transfer vector that contains a DNA sequence corresponding to a ribozyme actively linked to a promoter is provided in order to ensure transcription of the ribozyme.
Один из предпочтительных способов продуцирования рибозима заключается в том, что посредством стандартных процедур получают два синтетических олигонуклеотида комплементарной последовательности и гибридизируют их, например, с помощью синтезатора ДНК Прикладной Биосистемы модели 380A /Applied Biosystems Inc. , Foster City, Калифорния 94404/. Один из олигонуклеотидов кодирует целевой рибозим. Соответствующие концы гибридизированных олигонуклеотидов соответствуют различным рестриктирующим сайтам, например Eco R1 на одном конце и Pst1 на другом конце. После расщепления подходящими рестриктазами /например, Eco R1 и Pst1/ фрагмент двухцепочечной ДНК может быть клонирован в вектор переноса. Если плазмидный вектор содержит промотор РНК-полимеразы, находящийся выше от ДНК-последовательности, соответствующей рибозиму настоящего изобретения, то РНК-транскрипты, соответствующие рибозиму, могут быть получены либо in vitro, либо in vivo. Если рибозим состоит из двух половин, которые содержатся вместе с помощью спаривания оснований между комплементарными нуклеотидами, то каждая половина рибозима может быть продуцирована в соответствии с указанными выше способами, после чего эти две половины инкубируют вместе с образованием указанного рибозима. One of the preferred methods for producing ribozyme is that two synthetic oligonucleotides of a complementary sequence are obtained by standard procedures and hybridized, for example, using a DNA synthesizer Model 380A / Applied Biosystems Inc. , Foster City, CA 94404 /. One of the oligonucleotides encodes the target ribozyme. The corresponding ends of the hybridized oligonucleotides correspond to various restriction sites, for example Eco R1 at one end and Pst1 at the other end. After cleavage with suitable restriction enzymes (for example, Eco R1 and Pst1), a double-stranded DNA fragment can be cloned into a transfer vector. If the plasmid vector contains an RNA polymerase promoter upstream of the DNA sequence corresponding to the ribozyme of the present invention, then RNA transcripts corresponding to the ribozyme can be obtained either in vitro or in vivo. If the ribozyme consists of two halves that are held together by base pairing between complementary nucleotides, then each half of the ribozyme can be produced in accordance with the above methods, after which the two halves are incubated together with the formation of the specified ribozyme.
Предпочтительные рибозимы настоящего изобретения расщепляют целевую РНК, которая содержит последовательность XoUY, где Xo является любым рибонуклеотидом, U означает урацил, а Y - аденин, цитозин или урацил. XoU образует часть пары оснований, фланкирующих область, а Y не является спаренным основанием. Предпочтительно, но необязательно, если Xo = гуанидин, а XoUY = GUC иди CUA. Любая молекула РНК, содержащая эти последовательности, может быть расщеплена рибозимами настоящего изобретения. После того, как последовательность РНК-транскрипта, содержащая последовательность XoUY, будет определена, могут быть синтезированы плечи последовательности рибозима, которая является комплементарной /а значит и гибридизируемой/ РНК на целевой последовательности, фланкирующей последовательность XoUY. При гибридизации плечей рибозима с целевой РНК-последовательностью, фланкирующей последовательность XoUY, каталитическая область рибозима расщепляет целевую РНК внутри последовательности XoUY. РНК-расщепление облегчается в присутствии магния или другого двухвалентного катиона при pH равном приблизительно 8,0.Preferred ribozymes of the present invention cleave the target RNA, which contains the sequence X o UY, where X o is any ribonucleotide, U is uracil, and Y is adenine, cytosine or uracil. X o U forms part of a pair of bases flanking the region, and Y is not a paired base. Preferably, but not necessarily, if X o = guanidine and X o UY = GUC go CUA. Any RNA molecule containing these sequences can be cleaved by the ribozymes of the present invention. After the RNA transcript sequence containing the X o UY sequence has been determined, the shoulders of the ribozyme sequence can be synthesized, which is complementary / and therefore hybridizable / RNA to the target sequence flanking the X o UY sequence. When hybridizing the ribozyme arms with the target RNA sequence flanking the X o UY sequence, the catalytic region of the ribozyme cleaves the target RNA within the X o UY sequence. RNA cleavage is facilitated in the presence of magnesium or another divalent cation at a pH of approximately 8.0.
В соответствии с этим, предпочтительные рибозимы настоящего изобретения могут быть сконструированы для расщепления любой РНК, последовательность которой является известной. Accordingly, preferred ribozymes of the present invention can be designed to cleave any RNA whose sequence is known.
Высокая частота остатков, расщепляемых рибозимами в РНК /1:64 для GUC в РНК со случайной или равной частотой распределения оснований/ означает, что число потенциальных сайтов для расщепления рибозима может быть предсказано с достаточно высокой степенью надежности в любой данной целевой РНК. The high frequency of residues cleaved by ribozymes in RNA / 1: 64 for GUC in RNA with a random or equal base distribution frequency / means that the number of potential sites for ribozyme cleavage can be predicted with a fairly high degree of reliability in any given target RNA.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения рассматривается способ инактивации целевой РНК-последовательности, заключающийся в том, что указанную целевую РНК-последовательность подвергают взаимодействию с рибозимом настоящего изобретения. In a further embodiment of the present invention, there is provided a method of inactivating a target RNA sequence, the method comprising: said target RNA sequence being reacted with a ribozyme of the present invention.
Вектор переноса, такой как бактериальная плазмида или вирусная РНК или ДНК, кодирующие один или несколько рибозимов, может быть трансфецирован in vivo, т. е. в клетку или клетки организма /например, Leewellyn et al., F. Mol. Biol. /1987/ 195: 115-123; Hanahan et al., T. Mol. Biol./1983/166/. Попадая в клетку, вектор переноса может реплицироваться и быть транскрибирован клеточными полимеразами с образованием рибозимных РНК, которые затем инактивируют нужную целевую РНК. Альтернативно вектор переноса, содержащий одну или несколько последовательностей рибозима, может быть трансфецирован в клетки или внедрен в клетки при помощи техники микроманипулирования, такой как микроинъекция, так, чтобы вектор переноса или его часть интегрировалась в геном хозяйской клетки. Транскрипция интегрированного генетического материала приводит к продуцированию рибозимов, которые инактивируют целевую РНК. A transfer vector, such as a bacterial plasmid or viral RNA or DNA encoding one or more ribozymes, can be transfected in vivo, i.e., into a cell or cells of the body / for example, Leewellyn et al., F. Mol. Biol. / 1987/195: 115-123; Hanahan et al., T. Mol. Biol./1983/166/. Once in the cell, the transfer vector can replicate and be transcribed by cell polymerases to form ribozyme RNAs, which then inactivate the desired target RNA. Alternatively, a transfer vector containing one or more ribozyme sequences can be transfected into cells or introduced into cells using micromanipulation techniques, such as microinjection, so that the transfer vector or part of it integrates into the genome of the host cell. Transcription of integrated genetic material leads to the production of ribozymes that inactivate target RNA.
Рибозимы настоящего изобретения имеют широкое терапевтическое и биологическое применение. Например, вирусы, вызывающие заболевания человека и животных, могут быть инактивированы путем введения в объект, инфецированный вирусом, рибозима настоящего изобретения, который является адаптированным для гибридизации и расщепления РНК-транскриптов вируса. Указанные рибозимы могут быть введены парентеральным путем или другими способами введения. Альтернативно в объект инфецированный вирусом, вызывающим заболевания, может быть введен невирулентный вирус /такой как вакцина, или аденовирус/, который может быть генетически сконструирован так, чтобы он содержал ДНК, соответствующую рибозиму, активно связанному с РНК-промотором, в результате чего рибозим транскрибируется в клетках животного-хозяина, трансфецированного сконструированным вирусом, и осуществляет расщепление и/или инактивацию транскрипта целевой РНК вируса, вызвавшего заболевание. В частности, рибозимы настоящего изобретения могут быть использованы для лечения заболеваний, вызванных такими вирусами, как вирус простого герпеса /ВГП/ или вирус СПИД'а /ВИЧ/. The ribozymes of the present invention have wide therapeutic and biological applications. For example, viruses that cause diseases in humans and animals can be inactivated by introducing into the object infected with the virus, the ribozyme of the present invention, which is adapted for hybridization and cleavage of RNA transcripts of the virus. These ribozymes can be administered parenterally or by other routes of administration. Alternatively, a non-virulent virus (such as a vaccine or an adenovirus) can be introduced into an object infected with a disease causing virus, which can be genetically engineered to contain DNA corresponding to the ribozyme actively linked to the RNA promoter, as a result of which the ribozyme is transcribed in the cells of an animal host transfected with the engineered virus, and cleaves and / or inactivates the transcript of the target RNA of the virus that caused the disease. In particular, the ribozymes of the present invention can be used to treat diseases caused by viruses such as the herpes simplex virus / AHV / or the AIDS virus / HIV /.
Рибозимы настоящего изобретения могут быть использованы также для инактивации РНК-транскриптов в бактериях или других прокариотических клетках, в растениях и животных. В бактериях РНК-транскрипты, например бактериофага, вызывающего гибель бактериальных клеток, могут быть инактивированы путем трансфецирования клетки вектором переноса ДНК, обладающего способностью продуцировать рибозим настоящего изобретения, который инактивирует фаговую ДНК. Альтернативно рибозим сам по себе может быть введен в бактериальную клетку для осуществления расщепления фаговой ДНК. The ribozymes of the present invention can also be used to inactivate RNA transcripts in bacteria or other prokaryotic cells, in plants and animals. In bacteria, RNA transcripts, for example, a bacteriophage that causes the death of bacterial cells, can be inactivated by transfection of the cell with a DNA transfer vector capable of producing the ribozyme of the present invention, which inactivates phage DNA. Alternatively, the ribozyme itself can be introduced into the bacterial cell to effect cleavage of phage DNA.
РНК-транскрипты в растениях могут быть инактивированы с помощью рибозимов, кодированных вектором переноса, таким как Ti-плазмида, происходящая от Agrobacterium tumefaciens. Когда такие векторы трансфецируются в растительную клетку, то под действием РНК-полимеразы продуцируются рибозимы, которые осуществляют расщепление конкретной последовательности целевой РНК. В соответствии с этим растительные вирусы, РНК которых являются известными, или РНК-транскрипты растительных генов могут быть инактивированы с помощью указанных рибозимов. RNA transcripts in plants can be inactivated using ribozymes encoded by a transfer vector, such as a Ti plasmid derived from Agrobacterium tumefaciens. When such vectors are transfected into a plant cell, ribozymes are produced under the action of RNA polymerase, which cleave a specific sequence of the target RNA. Accordingly, plant viruses whose RNAs are known, or RNA transcripts of plant genes can be inactivated using these ribozymes.
Транскрипты чужеродного гена в растениях, животных или клетках другого типа могут быть инактивированы с помощью рибозимов настоящего изобретения. В результате чего могут быть модулированы нежелательные фенотипы или признаки. Можно, например, с помощью рибозимов удалять косточки из фруктов или лечить наследственные заболевания у человека, вызываемые продуцированием вредного белка или чрезмерным продуцированием какого-либо конкретного белка. Foreign gene transcripts in plants, animals, or other types of cells can be inactivated using the ribozymes of the present invention. As a result, unwanted phenotypes or traits can be modulated. It is possible, for example, to remove seeds from fruits with ribozymes or to treat hereditary diseases in humans caused by the production of a harmful protein or the excessive production of a specific protein.
Настоящее изобретение иллюстрируется примерами и сопровождающими их чертежами, причем ни те, ни другие не ограничивают возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. The present invention is illustrated by examples and the accompanying drawings, and neither one nor the other does not limit possible embodiments of the present invention.
На фиг. 1 изображены сайты саморасщепления РНК дикого типа и мутированных РНК; а также профили электрофореза продуктов самокаталитического расщепления РНК. In FIG. 1 shows self-cleavage sites of wild-type RNA and mutated RNA; as well as electrophoresis profiles of products of self-catalytic cleavage of RNA.
/а/ показаны сохраненные структуры, ассоциированные с встречающимися в природе сайтами расщепления в ASBV транскриптах ДНК сателлита тритона и РНК-содержащего сателлита STOBRV, LTSV, вируса табачной мозаики, вируса мозаики паслена черного /solanum nodiflorum/ и вируса мозаики подземного клевера. На фиг. показана нуклеотидная последовательность между этими структурами, тогда как другие обозначены X. Спаривание оснований обозначено /•/, а сайты расщепления РНК указаны стрелкой. / a / shows the preserved structures associated with naturally occurring cleavage sites in ASBV transcripts of the DNA of the satellite Triton and RNA-containing satellite STOBRV, LTSV, tobacco mosaic virus, black nightshade mosaic virus / solanum nodiflorum / and underground clover mosaic virus. In FIG. the nucleotide sequence between these structures is shown, while others are denoted by X. Base pairing is indicated by / • /, and RNA cleavage sites are indicated by an arrow.
/b/ показана сохраненная нуклеотидная последовательность, ассоциированная с расщеплением /+/ - нити РНК STOBRV. Сайт расщепления указан стрелкой. / b / shows the stored nucleotide sequence associated with the cleavage of the + + / - STOBRV RNA strand. The cleavage site is indicated by an arrow.
/c/ показан in vitro - мутант STOBRV, содержащий вставку восьми нуклеотидов /обведено рамкой/ вместе с фланкирующей дупликацией трех нуклеотидов /UGU остатки 7-9/. (c) shown in vitro - the STOBRV mutant containing an insert of eight nucleotides / circled / along with flanking duplication of three nucleotides / UGU residues 7-9 /.
/d/ показаны субклонированные Hal III - фрагменты STOBRV дикого типа и in vitro - мутант D-51, каждый из которых транскрибированы в обеих /+/ и /-/ ориентациях, а также радиоактивно меченные транскрипты, фракционированные путем электрофореза в полиакриламидном геле. Положения нерасщепленных транскриптов оснований 159 и 170 от последовательностей дикого типа /WT/ и мутанта D-51 показаны стрелкой;
На фиг. 2 показана нуклеотидная последовательность рибозима и продуктов расщепления рибозима, выделенных с помощью гель-электрофореза./ d / shows subcloned Hal III fragments of wild-type STOBRV and in vitro mutant D-51, each of which is transcribed in both / + / and / - / orientations, as well as radioactively labeled transcripts fractionated by polyacrylamide gel electrophoresis. The positions of the unsplit transcripts of
In FIG. Figure 2 shows the nucleotide sequence of ribozyme and ribozyme cleavage products isolated by gel electrophoresis.
/а/ Показаны нуклеотиды, инсертированные в D-51-мутант и содержащие сайт рестриктирующей эндонуклеазы Bam H1. Bam H1 использовался для расщепления мутантной ДНК, а две последовательности были субклонированы и транскрибированы отдельно in vitro. РНК-транскрипты показаны схематически с потенциальным спариванием оснований между указанными /•/ РНК. Фрагменты, содержащие указанный стрелкой сайт для расщепления, обозначены S-РНК; а фрагмент, содержащий рибозим, обозначен Rz-РНК. (a) Nucleotides inserted in the D-51 mutant and containing the restriction endonuclease Bam H1 site are shown. Bam H1 was used to digest mutant DNA, and the two sequences were subcloned and transcribed separately in vitro. RNA transcripts are shown schematically with potential base pairing between the indicated / • / RNAs. Fragments containing the arrow site for cleavage indicated by S-RNA; and the ribozyme containing fragment is designated Rz-RNA.
/b/ [32P] -Rz-PHK /101 основание/ инкубировали отдельно /дорожка 1/ и с не-меченной S-РНК /дорожка 2/. [32P]-S-РНК инкубировали отдельно /дорожка 3/ и с немеченными, и с [32P]-мечеными Rz-PHK /дорожки 4 и 5 соответственно/./ b / [ 32 P] -R z -PHK / 101 base / were incubated separately /
На фиг. 3 изображена схематическая модель рибозима в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения. Область A представляет собой последовательность расщепления в целевой РНК. Область B представляет собой каталитическую область, а область C представляет собой плечи рибозима. In FIG. 3 shows a schematic model of a ribozyme in accordance with one embodiment of the present invention. Region A is a cleavage sequence in the target RNA. Region B represents a catalytic region, and region C represents the shoulders of the ribozyme.
На фиг. 4 показано построение рибозимов, направленных против транскрипта гена CAT /хлорамфеникол-ацетилтрансфераза/. Рибозимы, обозначенные RzCAT-1, RzCAT-2 и RzCAT-3, направлены против трех сайтов, находящихся в in vitro - транскрипте из 835 оснований гена CAT. Относительные расположения сайтов расщепления на транскрипте схематически показаны вместе с фланкирующими пронумерованными основаниями /а/. Показаны также //b/ - /d// три последовательности рибозима с их целевыми последовательностями. Аминокислотные последовательности CAT-гена пронумерованы, а предсказанные сайты для РНК-расщепления обозначены стрелками. RzCAT-1 и RzCAT-3 содержат последовательности с 24 основаниями, происходящие от /+/ нити STOBRV /область B, фиг. 3/, a RzCAT-2 содержит одну U-A-замену в этой области.In FIG. 4 shows the construction of ribozymes directed against the CAT gene transcript / chloramphenicol acetyltransferase /. Ribozymes designated R z CAT-1, R z CAT-2 and R z CAT-3 are directed against three sites located in an in vitro transcript from 835 bases of the CAT gene. The relative locations of the cleavage sites on the transcript are schematically shown together with flanking numbered bases / a /. Also shown are // b / - / d // three ribozyme sequences with their target sequences. The amino acid sequences of the CAT gene are numbered, and the predicted sites for RNA cleavage are indicated by arrows. R z CAT-1 and R z CAT-3 contain 24-base sequences derived from / + / STOBRV strands / region B, FIG. 3 /, a R z CAT-2 contains one UA substitution in this area.
На фиг. 5 показаны результаты CAT-расщепления РНК рибозимами RzCAT-1 - RzCAT-3.In FIG. Figure 5 shows the results of CAT-cleavage of RNA with ribozymes R z CAT-1 - R z CAT-3.
/а/ [32P] -CAT-РНК подвергали гель-фракционированию после инкубации как отдельно /-/, так и с одним из трех рибозимов RzCAT-1 - RzCAT-3 /дорожки 1, 2 и 3 соответственно/. Локализация полного транскрипта показана стрелкой./ a / [ 32 P] -CAT-RNA was subjected to gel fractionation after incubation both separately / - /, and with one of the three ribozymes R z CAT-1 - R z CAT-3 /
/b/ Показан анализ 5'-терминальных оснований. 3'-фрагменты, продуцированные путем расщепления рибозимом CAT-РНК, были обработаны [5'-32P]-киназой, подвергнуты гель-очистке, переварены полной нуклеазой, а выделенные терминальные остатки фракционировали с помощью электрофореза в полиакриламидном геле. 5'-концевыми нуклеотидами, определенными по маркерам /дорожка M/, являлись A, U и G для фрагментов, продуцированных с помощью Rz-CAT-1 - RzCAT-3 /дорожки 1, 2 и 3 соответственно/./ b / Analysis of 5'-terminal bases is shown. 3'-fragments produced by CAT-RNA ribozyme cleavage were digested with [5'- 32 P] kinase, gel purified, digested with complete nuclease, and the isolated terminal residues were fractionated by polyacrylamide gel electrophoresis. The 5'-terminal nucleotides identified by the markers / lane M / were A, U, and G for fragments produced using R z -CAT-1 - R z CAT-3 /
На фиг. 6 изображен временной цикл каталитической активности рибозима /RzCAT-1/ против CAT-РНК. Было вычислено количество продукта расщепления /139 нуклеотидов/ и построена диаграмма. На вставке показано аккумулирование фрагмента в 139 оснований со временем после электрофореза в полиакриламидном геле.In FIG. 6 shows the time cycle of the catalytic activity of the ribozyme / R z CAT-1 / against CAT-RNA. The amount of cleavage product (139 nucleotides) was calculated and a diagram was constructed. The inset shows the accumulation of the fragment in 139 bases over time after polyacrylamide gel electrophoresis.
На фиг. 7 показаны относительные скорости расщепления CAT-РНК в зависимости от различных температурных условий. Субстратная РНК представлена сплошной линией. В каждом случае продукт расщепления показан прерывистой линией. In FIG. 7 shows the relative rates of CAT-RNA cleavage as a function of various temperature conditions. The substrate RNA is represented by a solid line. In each case, the cleavage product is shown by a dashed line.
На фиг. 8 показаны три рибозима /соответствующие RzCAT-2/, имеющие плечи или фланкирующие последовательности различной длины.In FIG. Figure 8 shows three ribozymes / corresponding R z CAT-2 / having arms or flanking sequences of different lengths.
На фиг. 9 изображена схема продуцирования рибозима, включающего антисмысловую РНК, содержащую каждую из областей расщепления RzCAT-1 - RzCAT-3.In FIG. 9 shows a production scheme of a ribozyme including antisense RNA containing each of the cleavage regions R z CAT-1 - R z CAT-3.
На фиг. 10 показана гибридизация рибозимов с последовательностями, содержащими GUA /10a/ и GUU /10b/ в матричной CAT-РНК. In FIG. 10 shows the hybridization of ribozymes with sequences containing GUA / 10a / and GUU / 10b / in messenger CAT-RNA.
На фиг. 11 показаны для самокаталитического расщепления РНК вироида экзокортиса цитрусовых /CEV/ и ее комплемента. In FIG. 11 are shown for the self-catalytic cleavage of an exocortis citrus viroid / CEV RNA and its complement.
На фиг. 12 показаны рибозим RzCEV 25x/+/, гибридизированный с целевой CEV-РНК/а/, и профиль гель-электрофореза CEV-РНК и комплементарной /-/ CEV-РНК, инкубированных с RzCEV25x/+/ /b, дорожки 1 и 2 соответственно. Продукт расщепления обозначен стрелкой/.In FIG. 12 shows the ribozyme R z CEV 25x / + / hybridized with the target CEV-RNA / a /, and the profile of gel electrophoresis of CEV-RNA and complementary / - / CEV-RNA incubated with R z CEV25x / + / / b,
На фиг. 13 показаны рибозим RzCAT-2, гибридизированный с его последовательностью-мишенью /а/ и рибозим RzSCMoV /b/. Каталитическая область каждого домена заключена в рамку. Показаны также отличия /обведены/ каталитической области RzSCMoV по сравнению с RzCAT-2.In FIG. 13 shows the ribozyme R z CAT-2 hybridized with its target sequence / a / and the ribozyme R z SCMoV / b /. The catalytic region of each domain is framed. The differences / circled / catalytic region of R z SCMoV compared to R z CAT-2 are also shown.
На фиг. 14 показан рибозим RzCEV-2, гибридизированный с его последовательностью-мишенью РНК вироида экзокортиса цитрусовых /CEV/. Сайт расщепления соответствует нуклеотиду 336 в РНК-последовательности CEV. Альтерация в нуклеотидной последовательности в ее каталитической области по сравнению с каталитической областью STOBRV обведена кружком /а/. На фиг. 14 /b/ показан профиль электрофореза контрольной РНК [ /-/ нить CEV], /дорожка 7/ и РНК /+/ нити CEV /дорожка 8/, после инкубации с RzCEV2.In FIG. 14 shows the ribozyme R z CEV-2 hybridized with its target sequence of citrus exocortis viroid RNA / CEV /. The cleavage site corresponds to nucleotide 336 in the CEV RNA sequence. Alteration in the nucleotide sequence in its catalytic region compared with the catalytic region of STOBRV is circled / a /. In FIG. 14 / b / shows the electrophoresis profile of control RNA [/ - / CEV strand], /
На фиг. 15 показан рибозим RzCAT-2 /а/ в сравнении с рибозимом RzCAT-2B /b/. Каталитические области обведены в рамку. Изменения в каталитической области RzCAT-2B в сравнении с RzCAT-2 также обведены в рамку;
На фиг. 16 изображена карта плазмиды pT35SN;
На фиг. 17 изображен график, представляющий собой активность /среднюю по 4 экспериментам/ при ингибировании CAT-экспрессии в растениях /протопласты табака/.In FIG. 15 shows the ribozyme R z CAT-2 / a / in comparison with the ribozyme R z CAT-2B / b /. The catalytic regions are framed. Changes in the catalytic region of R z CAT-2B compared to R z CAT-2 are also framed;
In FIG. 16 depicts a map of plasmid pT35SN;
In FIG. 17 shows a graph representing the activity / average of 4 experiments / inhibition of CAT expression in plants / tobacco protoplasts /.
Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие осуществление настоящего изобретения, но не ограничивающие его возможных вариантов. The following are examples illustrating the implementation of the present invention, but not limiting its possible options.
Реакции и манипуляции с ДНК, такие как лигирование, переваривание рестриктирующими ферментами, бактериальная трансформация, ДНК-секвенирование и т.п., выполнялись в соответствии со стандартной техникой, такой как, например, описана Maniatis et al., /Molecular Cloning, Cold Spring Harbour, 1982/. Манипуляции в РНК также осуществлялись стандартными способами, такими как описаны, например, Uhlenbeck/Nature 328, 596-600 /1987/ и Haseloff and Gerlach (Nature 334, 585-591 /1988/). DNA reactions and manipulations, such as ligation, digestion with restriction enzymes, bacterial transformation, DNA sequencing, etc., were carried out in accordance with standard techniques, such as, for example, described by Maniatis et al., / Molecular Cloning, Cold Spring Harbor, 1982. RNA manipulations were also carried out by standard methods, such as described, for example, by Uhlenbeck / Nature 328, 596-600 / 1987 / and Haseloff and Gerlach (Nature 334, 585-591 / 1988 /).
Пример 1. Самокатализируемое расщепление мутированной РНК STOBRV
Консенсус областей, ассоциированных с сайтами расщепления природных РНК в ASBV, транскриптах ДНК сателлита тритона, и РНК сателлита STOBRV, LSTV, вируса табачной мозаики /VMoV/, вируса мозаики паслена черного /SNMV/ и вируса мозаики клевера подземного показан на фиг. 1a. На фиг. показаны сохраненные между этими структурами нуклеотидные последовательности, а несохраненные последовательности обозначены X. Добавочные U находятся после остатка IA в /+/ нити LTSV.Example 1. Self-catalyzed cleavage of mutated RNA STOBRV
The consensus of regions associated with the cleavage sites of natural RNAs in ASBV, transcripts of satellite DNA of triton, and RNA of satellite STOBRV, LSTV, tobacco mosaic virus / VMoV /, black nightshade mosaic virus / SNMV / and underground clover mosaic virus is shown in FIG. 1a. In FIG. the nucleotide sequences stored between these structures are shown, and the unsaved sequences are denoted by X. Additional U are located after residue I A in the / + / LTSV strand.
Области, связанные с самокаталитическим расщеплением /+/ нити STOBRV, исследовались на активность ферментного субстрата в этой области. Сначала клонированные кДНК STOBRV подвергали мутагенезу путем инсерции олигонуклеотидного линкера /Bam H1/ в соответствии с руководством по применению этого способа. Regions associated with the self-catalytic cleavage of the / + / STOBRV strands were investigated for enzyme substrate activity in this region. First, the cloned STOBRV cDNAs were mutagenized by insertion of the oligonucleotide linker / Bam H1 / in accordance with the guidelines for the use of this method.
Конструирование вектора для экспрессии STOBRV in vitro:
160 п.о. TaqI - SpeI - фрагмент кДНК STOBRV выделяли из PSP653 /Gerlach et al., 1985, Virology 151: 172-185 и лигировали с AccI-SpeI - разрезанной и обработанной фосфатазой pGEM 4 для образования сайта Acc I. Полученный в результате клон лианезировали Acc I, обрабатывали фосфатазой и вводили 359 по. TagI-фрагмента кДНК STOBRV. Полученные в результате клоны скринировали на присутствие циркулярно пермутированных 520 п.о. последовательности кДНК STOBRV, содержащей 277-81 терминально избыточных остатков /pTTS/. Последовательность STOBRV фланкирована промоторами для РНК-полимераз T7 и SP6, а в результате in vitro - транскрипции получали РНК с /+/ или /-/ ориентацией, которые содержали два сайта для саморасщепления.Construction of a vector for the expression of STOBRV in vitro:
160 bp TaqI - SpeI - STOBRV cDNA fragment was isolated from PSP653 / Gerlach et al., 1985, Virology 151: 172-185 and ligated with AccI-SpeI - cut and treated with
Мутагенез in vitro. In vitro mutagenesis.
Плазмиду pTTS /50 мкг/ линеаризовали BamH1, обрабатывали SI-нуклеазой и снова лигировали для удаления уникального сайта BamH1. Полученную конструкцию, pTTS-B, обрабатывали с помощью 2 • 10-4 ед. ДНазы I в 29 мМ Трис-HCl /pH 7,0/, 15 мМ MgCl2 в течение 10 мин при 37oC. Полученные линейные ДНК подгоняли, и/или обрабатывали ДНК-полимеразой T4 для наполнения концов, и очищали при помощи электрофореза на агарозном геле 0,7% LGT и при помощи экстракции. Обработанную киназой BamH1-линкерную последовательность /CGGATCGG/ лигировали с линеаризованной плазмидой в течение ночи при комнатной температуре в присутствии 5% полиэтиленгликоля. После чего реакции подвергали перевариванию BamH1, а линейные плазмидные ДНК снова очищали с помощью электрофореза на агарозном геле 0,7% LGT /это было необходимо для удаления последних остатков кольцевой плазмиды вместе с нелигированными линкерами/. Плазмиды снова замыкали при помощи ДНК-лигазы T4 и трансформировали в E. coli ДН-1. Колонии /более 1000/ соскребали с агаровых чашек, культивировали в жидкой среде до насыщения и приготавливали смешанные популяции плазмидных ДНК. Смешанные вставки ДНК STOBRV вырезали путем переваривания рестриктазой у фланкирующих EcoR1 и Pst1 - сайтов, очищали с помощью электрофореза на агарозном геле 1% СТ и субклонировали в EcoR1-Pst1 - разрезанной и обработанной фосфотазой pGEM 4. Полученные в результате трансформанты снова собирали, культивировали в жидкой среде и получали плазмидную ДНК. Плазмидные ДНК обрабатывали BamH1 для расщепления только тех плазмид, которые содержат BamH1 - линкерную последовательность, а затем линейные формы снова очищали посредством двух циклов электрофореза на агарозном геле 0,7% LGT, снова замыкали ДНК-лигазой T4 и трансформировали в E.coli ДН-1. Отдельные трансформанты скринировали на приблизительную локализацию инсертированного BamH1 - линкера в последовательности STOBRV путем переваривания рестриктирующим ферментом, субклонировали в M13 mp19 и секвенировали с помощью стандартного способа дидезокси-терминации.Plasmid pTTS / 50 μg / was linearized with BamH1, treated with SI nuclease and ligated again to remove the unique BamH1 site. The resulting construct, pTTS-B, was processed using 2 • 10 -4 units. DNase I in 29 mM Tris-HCl (pH 7.0), 15 mM MgCl 2 for 10 min at 37 ° C. The obtained linear DNAs were customized and / or treated with T4 DNA polymerase to fill the ends and purified by electrophoresis on an agarose gel of 0.7% LGT and by extraction. The kinase-treated BamH1 linker sequence (CGGATCGG) was ligated with a linearized plasmid overnight at room temperature in the presence of 5% polyethylene glycol. After that, the reactions were digested with BamH1, and linear plasmid DNAs were again purified by 0.7% LGT agarose gel electrophoresis (this was necessary to remove the last residues of the ring plasmid together with non-ligated linkers). Plasmids were again shorted using T4 DNA ligase and transformed into E. coli DN-1. Colonies (over 1000) were scraped from agar plates, cultured in liquid medium until saturated, and mixed plasmid DNA populations were prepared. Mixed STOBRV DNA inserts were excised by restriction enzyme digestion at the flanking EcoR1 and Pst1 sites, purified by 1% CT agarose gel electrophoresis, and subcloned into EcoR1-Pst1 cut and treated with
В результате получали библиотеку STOBRV мутантов. Анализ нуклеотидной последовательности показал, что каждый мутант содержал инсертированную BamH1-линкерную последовательность /CGGATCGG/ вместе с фланкирующими дуплицированными или делетированными последовательностями STOBRV. Мутанты были транскрибированы in vitro, а РНК исследовали на их способность к расщеплению. В результате этих экспериментов 52-нуклеотидную последовательность идентифицировали как содержащую субстрат и участки расщепления РНК STOBRV. Эта 52-нуклеотидная последовательность, изображенная на фиг. 1b, содержит область сохраненной последовательности, необходимой для саморасщепления других РНК /фиг. 1а/. Один мутант, обозначенный D-51, содержал 8-нуклеотидную BamH1-линкерную последовательность, инсертированную между тремя дуплицированными нуклеотидами STOBRV, обозначенными 7-9. РНК этого мутанта подвергалась самокаталитическому расщеплению. The result was a library of STOBRV mutants. Analysis of the nucleotide sequence showed that each mutant contained an inserted BamH1 linker sequence / CGGATCGG / together with flanking duplicated or deleted STOBRV sequences. Mutants were transcribed in vitro, and RNA was examined for their ability to cleave. As a result of these experiments, the 52-nucleotide sequence was identified as containing a substrate and STOBRV RNA cleavage sites. This 52 nucleotide sequence depicted in FIG. 1b, contains the region of the stored sequence necessary for self-cleavage of other RNA / Fig. 1a /. One mutant designated D-51 contained an 8-nucleotide BamH1 linker sequence inserted between the three STOBRV duplicated nucleotides designated 7-9. RNA of this mutant was subjected to self-catalytic cleavage.
97 и 108 п.о. Hal III - фрагменты, содержащие 52-нуклеотидную последовательность расщепления дикого типа и D-51-РНК /как показано на фиг. 1b и 1c/, удаляли из секвенированных плазмидных клонов. Фрагменты лигировали в Sma1 - сайт pGEM 4 и скринировали для определения обеих ориентаций вставок. Плазмиды были линеаризованы с использованием EcoRI, а РНК с /+/ и /-/ нитями длиной 159 и 170 оснований были транскрибированы с использованием 200 ед/мл РНК-полимеразы T7 в 50 мМ Трис-HCI, pH 7,5, 10 мМ NaCl, 6 мМ MgCl2, 2 мМ спермидина, 1000 ед/мл араназина, 500 мкМ ATP, CTP и GTP с 200 мкМ O32PTP. РНК фракционировали с помощью электрофореза в 10% полиакриламиде, 7-молярной мочевине, 25% формамидном геле и осуществляли авторадиографию.97 and 108 bp Hal III — fragments containing the 52-nucleotide cleavage sequence of wild-type and D-51-RNA / as shown in FIG. 1b and 1c / were removed from sequenced plasmid clones. Fragments were ligated into the Sma1 site of
Как показано на фиг. 1d, расцепления транскриптов /-/ нити РНК не наблюдалось. Это было ожидаемым результатом, поскольку /-/ нить не содержала самокаталитического сайта расщепления. Что касается /+/ нитей последовательностей как дикого типа, так и D-51, то в данном случае расщепление имело место; причем расщепление D-51-PHK было несколько менее эффективно, чем РНК дикого типа /фиг. 1d/. Этот эксперимент показал, что область однонитевой петли с правой стороны от 52-нуклеотидной последовательности, участвующей в самокаталитическом расщеплении РНК, не играет главной роли. As shown in FIG. 1d, no transcription of / - / RNA strands was observed. This was the expected result because the / - / thread did not contain a self-catalytic cleavage site. As for the / + / strands of both wild-type and D-51 sequences, in this case, cleavage took place; moreover, the cleavage of D-51-PHK was slightly less effective than wild-type RNA / Fig. 1d /. This experiment showed that the region of the single-stranded loop on the right side of the 52-nucleotide sequence involved in the self-catalytic cleavage of RNA does not play a major role.
Разделение ферментной и субстратной активностей:
Используя сайт рестриктирующей эндонуклеазы BamH1, введенный в D-51, были получены фланкирующие Hal III - BamH1 и BamH1 - Hal III-фрагменты и каждый из них был субклонирован в E. coli - плазмиде, подходящей для транскрипции in vitro. Это приводит к элиминации мутированной однонитевой петли из области саморасщепления и расщеплению области на два РНК-фрагмента /фиг. 2а/. Меньший Hal III - BamH1-фрагмент содержал нуклеотиды 321-9, включая фактический сайт расщепления, и был обозначен как S-фрагмент. BamH1 - Hal III - фрагмент, содержащий STOBRV - нуклеотиды 7-48, был назван рибозимом или Rz-фрагментом. E.coli - плазмидами, использованными для in vitro транскрипции, были pGEM3 и pGEM4 /Promega, Madison, WI, США/.Separation of enzyme and substrate activities:
Using the BamH1 restriction endonuclease site introduced in D-51, flanking Hal III - BamH1 and BamH1 - Hal III fragments were obtained and each of them was subcloned into an E. coli plasmid suitable for in vitro transcription. This leads to the elimination of the mutated single-stranded loop from the region of self-cleavage and cleavage of the region into two RNA fragments / Fig. 2a /. The smaller Hal III - BamH1 fragment contained nucleotides 321-9, including the actual cleavage site, and was designated as the S fragment. BamH1 - Hal III - fragment containing STOBRV - nucleotides 7-48, was called a ribozyme or R z fragment. E. coli - plasmids used for in vitro transcription were pGEM3 and pGEM4 / Promega, Madison, WI, USA /.
Указанные плазмиды экспрессии содержали:
а/ начало репликации;
b/ ген избирательной лекарственной устойчивости /Ampr/;
c/ многократно клонирующий сайт, фланкированный промоторами РНК-полимеразы, который может быть использован для продуцирования транскриптов in vitro.These expression plasmids contained:
a / start of replication;
b / gene for selective drug resistance / Amp r /;
c / repeatedly cloning site flanked by promoters of RNA polymerase, which can be used for the production of transcripts in vitro.
Фрагменты Rz-pGEM3 и S-pGEM4, обработанные ДНК-полимеразой T7, и переваренные KpnI и XbaI, были транскибированы с помощью РНК-полимеразы при тех же условиях, что были описаны выше.Fragments of R z -pGEM3 and S-pGEM4 treated with T7 DNA polymerase and digested with KpnI and XbaI were transcribed with RNA polymerase under the same conditions as described above.
Как показано на фиг. 2, S-РНК и Rz-РНК не обнаружили значительной деградации при их отдельной инкубации /фиг. 2b/, дорожки 1 и 3/ в условиях, которые способствовали высокоэффективному саморасщеплению /50oC, 20 мМ MgCl2, pH 8,0/. Очевидно, что меченая Rz-РНК также осталась неизменной после инкубации с S-РНК /фиг. 2b, дорожки 2 и 5/. Однако при смешивании S-PHK с Rz-РНК имело место эффективное расщепление S-РНК /фиг. 2b, дорожки 4 и 5/, с образованием двух фрагментов. Размеры продуктов при расщеплении S-РНК /84 оснований/ у нормального сайта между нуклеотидами N 359 и N 1 с образованием фрагментов, расположенных у 5'-конца и 3'-конца, составляли 67 и 17 нуклеотидов соответственно. Это означает, что S-РНК действует как субстрат для рибонуклеолитического расщепления посредством Rz-РНК, которая выполняет каталитическую роль.As shown in FIG. 2, S-RNA and R z -RNA did not show significant degradation upon their separate incubation / Fig. 2b /,
Модель рибозима, основанная на каталитической области РНК STOBRV, показана на фиг. 3. Этот рибозим имеет два плеча или фланкирующие последовательности однонитевой РНК /показанной в С/, гибридизирующиеся с комплементарными последовательностями на субстратной РНК, т.е. расщепляемой РНК. Каждая фланкирующая последовательность, показанная в С, содержит 8 рибонуклеотидов. Число нуклеотидов, содержащихся в области С, не является критическим. Однако это число должно быть достаточным для осуществления гибридизации рибозима с РНК-мишенью. Очевидно, что для осуществления указанной гибридизации в области С должно присутствовать как минимум 4 нуклеотида. A ribozyme model based on the catalytic region of STOBRV RNA is shown in FIG. 3. This ribozyme has two arms or flanking sequences of single-stranded RNA (shown in C), hybridizing with complementary sequences on substrate RNA, ie cleavable RNA. Each flanking sequence shown in C contains 8 ribonucleotides. The number of nucleotides contained in region C is not critical. However, this number should be sufficient for the hybridization of the ribozyme with the target RNA. Obviously, at least 4 nucleotides must be present in region C to accomplish this hybridization.
Каталитическая область В содержит последовательности, которые являются в высокой степени сохранившимися в областях расщепления природного происхождения /см. фиг. 1a/. По сравнению с областями расщепления известных последовательностей длина стебля II не имеет особого значения, как и присутствие ассоциированной петли у одного его конца. Catalytic region B contains sequences that are highly conserved in cleavage regions of natural origin / cm. FIG. 1a /. Compared with the cleavage regions of known sequences, the length of stem II is of little importance, as is the presence of an associated loop at one end of it.
Сайт расщепления в целевой РНК обозначен у A /фиг. 3/ как GUC. Исходя из экспериментов настоящего изобретения /не показано/ и других экспериментов Koizumi /FEBS LETT 288; 228-230 /1988/; и FEBS LETT 239; 285-288 /1988/, очевидно, что при сайтах в РНК природного происхождения последовательности GUA, GUC, CUC, AUC и UUC также действуют как сайты раскрепления внутри РНК. The cleavage site in the target RNA is indicated at A / Fig. 3 / as a GUC. Based on the experiments of the present invention / not shown / and other experiments Koizumi / FEBS LETT 288; 228-230 / 1988 /; and FEBS LETT 239; 285-288 / 1988 /, it is obvious that at the sites in RNAs of natural origin, the sequences of GUA, GUC, CUC, AUC and UUC also act as binding sites within RNA.
Пример 2. Описание построения, синтеза и активности рибозимов, имеющих новую и высокоспецифическую эндорибонуклеазной активностью
В качестве иллюстрации настоящего изобретения были сконструированы три рибозима, направленные против транскрипта обычно используемого индикаторного гена, происходящего из бактерии, хлорамфенилколацетилтрансферазы Tn 9/CAT, которая сообщает устойчивость к антибиотику в бактериях, растениях и животных и которая легко поддается анализу. Эти рибозимы, обозначенные RzCAT-1 - RzCAT-3, соответствуют потенциальным сайтам расщепления GUC в CAT-РНК в положениях 139-140, 494-495 и 662-663 соответственно. Последовательности этих рибозимов изображены на фиг.4. В каждом случае, фланкирующие последовательности рибозима, которые гибридизируются с целевой CAT-РНК, имели длину в 8 нуклеотидов. Каталитические области выбирали в соответствии с областями РНК STOBRV, показанной на фиг. 3.Example 2. Description of the construction, synthesis and activity of ribozymes with new and highly specific endoribonuclease activity
To illustrate the present invention, three ribozymes were constructed that are directed against the transcript of a commonly used indicator gene derived from the bacterium,
CAT-ген был получен из pGM4 и был субклонирован в качестве BamH1-фрагмента в pGEM-32 из Promega, Maclison, N 1. Эта плазмида была линеаризована Hind III и CAT-генные транскрипты были получены с использованием РНК-полимеразы T7 с 220 маМ [α-32P] UTP. Последовательности рибозимов синтезировали в качестве олигонуклеотидов, RzCAT-1, 2 и 3 соответственно. Они были обработаны киназой, затем их лигировали с фосфотазной обработкой, pGEM4 разрезали EcoRI-Pst1 и инкубировали с фрагментом Кленова ДНК-полимеразы 1, а затем трансформировали в бактерии. EcoRI-линеаризованную плазмиду транскрибировали с помощью РНК-полимеразы T7, в результате чего получали рибозимные РНК. Рибозимы инкубировали с CAT-транскриптом в 50 мМ Трис-HCl, pH 8,0, 20 мМ MgCl2 при 50oC в течение 60 минут, и полученные продукты фракционировали с помощью электрофореза на 5% полиакриламиде, 7М мочевины, 25% формамидном геле, а затем проводили авторадиографию.The CAT gene was obtained from pGM4 and was subcloned as a BamH1 fragment into pGEM-32 from Promega, Maclison,
При инкубировании 840-нуклеотидного CAT-транскрипта с любым из трех рибозимов имело место высокоэффективное специфическое расщепление последовательности /фиг. 5/ с образованием 2 РНК-фрагментов в каждой реакции. Размеры фрагментов соответствовали предсказанным сайтам для расщепления /т.е. фрагменты с основаниями 139 и 696, 494 и 341, 662 и 173 были 5'- и 3'-продуктами от расщепления, катализируемого RzCAT-1 - RzCAT-3 соответственно/. Условия, требуемые для указанных рибозим-катализируемых расщеплений, аналогичны условиям, наблюдаемым для естественных реакций расщепления /Foster, A.C. и Symons, R. H., Cell 49: 211-220 /1987/ и Foster, A.C. и Symons, R.H., Cell. 50: 9-16 /1987/ /, причем, более эффективное расщепление наблюдалось при повышенных pH, температуре и концентрациях двухвалентных катионов /данные не приводятся/. При наличии молярного избытка указанные три рибозима осуществляют полное расщепление CAT-РНК-субстрата через 60 минут в 50 мМ Трис-HCl, pH 8,0, 20 мМ MgCl2 при 50oC. При аналогичных условиях с использованием 0,1 мкМ субстрата и 3 мкМ рибозимов T1/2CAT-мРНК-субстрата составляло 3,5; 3,5 и 2,5 минут в присутствии RzCAT-1 - RzCAT-3 соответственно. Рибозимные последовательности были инактивированы по отношению к комплементу субстратной РНК /т. е. , /+/ нить/ и в форме олигонуклеотидов /данные не представлены/. 3'-концевые фрагменты расщепления от каждой реакции, катализированной рибозимом, выделяли, а 5'-концевые обрабатывали [32P]-киназой /50 мМ Трис-HCl, pH 9, 10 мМ MgCl2, 10 мМ ДТТ с 50 мкКи γ-32P-ATP и 5 ед. полинуклеотидной киназы T4, при 37oC в течение 30 минут/. Эффективная обработка фрагментов киназой показала, что они имеют 5'-концевые гидроксильные группы, аналогичные группам, образующимся при реакциях расщепления, происходящих в природе. Затем определяли концевые нуклеотиды фрагментов, продуцированных расщеплением CAT-последовательностей с помощью RzCAT-1 - RzCAT-3. Короче говоря, радиоактивно меченные фрагменты очищали на 5% полиакриламидном геле и переваривали равным объемами 500 ед/мл РНКазы T1, 25 ед/мл РНКазы T2 и 0,125 мг/мл РНКазы A в 50 мМ ацетата аммония, pH 4,5, при 37oC в течение 120 минут. Полученные продукты фракционировали на 20% полиакриламидном геле, содержащем 25 мМ цитрата натрия, pH 3,5 и 7-молярной мочевины. Из фиг. 5b видно, что расщепление CAT-последовательностей посредством RzCAT-1 - RzCAT-3 происходит точно перед нуклеотидами A, U и G соответственно.Upon incubation of the 840-nucleotide CAT transcript with any of the three ribozymes, highly efficient specific sequence cleavage took place / Fig. 5 / with the formation of 2 RNA fragments in each reaction. The sizes of the fragments corresponded to the predicted sites for cleavage / i.e. fragments with
Концевые последовательности фрагментов CAT-гена определяли непосредственно с помощью техники частичного ферментного переваривания /Donis - Keller et al. , Nucleic Acid. Res. 4: 2527-2538 /1980/, используя основно-специфическое рибонуклеотическое расщепление. Последовательности полученных фрагментов подтвердили, что расщепление в CAT-РНК происходит в ожидаемых участках /не показано/. The end sequences of fragments of the CAT gene were determined directly using the partial enzyme digestion technique / Donis - Keller et al. , Nucleic Acid. Res. 4: 2527-2538 / 1980 / using basic specific ribonucleotic cleavage. The sequence of the obtained fragments confirmed that the cleavage in CAT-RNA occurs in the expected areas / not shown /.
Ферментный катализ. Enzymatic catalysis.
Чтобы продемонстрировать, что рибозимы настоящего изобретения вызывают расщепление CAT-мРНК-субстрата каталитическим способом, каждый из этих рибозимов инкубировали с молярным избытком субстрата в условиях, которые должны благоприятствовать эффективному расщеплению и диссоциации продуктов. На фиг. 6 показаны результаты, которые были получены после каталитического специфического расщепления 70 мин при 50oC, в 20 мМ MgCl2, pH 8,0, 10 рМ RzCAT-1 усеченного /173 оснований/ CAT-РНК-субстрата с образованием 5'- и 3'-фрагментов с 139 и 34 основаниями соответственно. В среднем, каждый рибозим участвовал в более чем 10 случаях расщепления. Через 75 мин при 50oC наблюдалось до некоторой степени неспецифическое расщепление РНК, обусловленное экстремальными условиями, но 70% оставшихся интактных РНК /163 рМ/ аккумулировались как фрагмент с 139 основаниями. Аналогичный результат был получен для RzCAT-2 и RzCAT-3 /не показаны/, в результате чего можно сделать вывод, что каждый рибозим действует как РНК-фермент.To demonstrate that the ribozymes of the present invention cause the CAT-mRNA substrate to be cleaved in a catalytic manner, each of these ribozymes was incubated with a molar excess of the substrate under conditions that would favor efficient cleavage and dissociation of the products. In FIG. 6 shows the results that were obtained after specific catalytic cleavage of 70 min at 50 o C, in 20 mm MgCl 2 , pH 8.0, 10 rM R z CAT-1 truncated / 173 bases / CAT-RNA substrate with the formation of 5 ' - and 3'-fragments with 139 and 34 bases, respectively. On average, each ribozyme was involved in more than 10 cases of cleavage. After 75 minutes at 50 ° C, to some extent, non-specific RNA cleavage was observed due to extreme conditions, but 70% of the remaining intact RNAs / 163 rM / accumulated as a fragment with 139 bases. A similar result was obtained for R z CAT-2 and R z CAT-3 / not shown /, as a result of which we can conclude that each ribozyme acts as an RNA enzyme.
Пример 3. Влияние температуры на активность рибозима. Example 3. The effect of temperature on the activity of ribozyme.
Были проведены исследования влияния реакционной температуры на степень активности рибозима in vitro. Studies have been conducted on the effect of reaction temperature on the degree of ribozyme activity in vitro.
Реакцию проводили с использованием рибозимов RzCAT-1 - RzCAT-3 с субстратом CAT-РНК при 37oC и 50oC.The reaction was carried out using ribozymes R z CAT-1 - R z CAT-3 with a substrate of CAT-RNA at 37 o C and 50 o C.
В этом эксперименте реакцию для каждого рибозима дублировали, используя реакционные условия для расщепления, катализируемого рибозимом, аналогично описанным в примере 2. Одну реакцию инкубировали при 37oC, а другую при 50oC. Образцы удаляли точно через 90 мин, после чего реакцию анализировали путем электрофореза в полиакриламидном геле. На фиг. 7 показано время протекания реакции для каждого рибозима RzCAT-1 - RzCAT-3 при 37oC и 50oC. Скорость реакции каждого рибозима возрастала с увеличением реакционной температуры.In this experiment, the reaction for each ribozyme was duplicated using the reaction conditions for the ribozyme-catalyzed cleavage, as described in Example 2. One reaction was incubated at 37 ° C and the other at 50 ° C. Samples were removed exactly after 90 minutes, after which the reaction was analyzed. by polyacrylamide gel electrophoresis. In FIG. 7 shows the reaction time for each ribozyme R z CAT-1 - R z CAT-3 at 37 o C and 50 o C. The reaction rate of each ribozyme increased with increasing reaction temperature.
Время, взятое для 50% /t1/2/ расщепления CAT-РНК, приведено в таблице 1.The time taken for 50% / t 1/2 / digestion of CAT-RNA is shown in table 1.
Как видно из таблицы 1, скорость реакции рибозимов при 37oC приблизительно в 20 раз меньше чем при 50oC.As can be seen from table 1, the reaction rate of ribozymes at 37 o C is approximately 20 times less than at 50 o C.
Пример 4. Влияние различий в длинах плечей рибозимов /или фланкирующей последовательности/ на каталитическую активность рибозимов
Плечи фланкирующих последовательностей рибозима (область /I/ формулы I) осуществляют гибридизацию рибозима с его РНК-мишенью, после чего имеет место расщепление РНК. В этом эксперименте исследовали изменение скорости расщепления целевой последовательности с изменением степени комплементарности, а затем длины комплементарного спаривания оснований плечей рибозима с целевой последовательностью.Example 4. The effect of differences in the lengths of the shoulders of ribozymes / or flanking sequences / on the catalytic activity of ribozymes
The shoulders of the flanking ribozyme sequences (region / I / of the formula I) hybridize the ribozyme with its target RNA, after which RNA cleavage takes place. In this experiment, we studied the change in the rate of cleavage of the target sequence with a change in the degree of complementarity, and then the length of the complementary pairing of the bases of the shoulders of the ribozyme with the target sequence.
Рибозимы были продуцированы с комплементарностью 4, 8 и 12 оснований к целевой последовательности RzCAT-2 на каждом плече /фиг. 8a/. Рибозимы получали в соответствии с описанием в примере 2. Активность рибозима определяли путем инкубирования рибозимной РНК с CAT-РНК, как было описано ранее. Рибозим, имеющий комплементарность 4 оснований на каждом плече, не расщеплял субстратную РНК. Рибозим с комплементарностью 8 оснований на каждом плече расщеплял CAT-субстрат так же, как и рибозим, имеющий комплементарность 12 оснований. Рибозимы с комплементарностью 12 оснований расщепляли целевую РНК более эффективно, чем рибозимы, имеющие меньшее число комплементарных оснований. Даже при комплементарности более чем 4 оснований скорость реакции увеличивается при увеличении длины области гибридизации.Ribozymes were produced with complementarity of 4, 8 and 12 bases to the target sequence R z CAT-2 on each arm / Fig. 8a /. Ribozymes were prepared as described in Example 2. Ribozyme activity was determined by incubating ribozyme RNA with CAT-RNA, as described previously. Ribozyme, having a complementarity of 4 bases on each arm, did not cleave the substrate RNA. A ribozyme with a complementarity of 8 bases on each arm cleaved the CAT substrate in the same way as a ribozyme with a complementarity of 12 bases. Ribozymes with complementarity of 12 bases cleaved target RNA more efficiently than ribozymes with fewer complementary bases. Even with complementarity of more than 4 bases, the reaction rate increases with increasing length of the hybridization region.
Во втором эксперименте исследовали реакционную эффективность рибозима, имеющего /а/ комплементарность к полной длине целевой РНК транскрипта CAT, и /b/ многократно каталитические области. Для этого были выбраны четыре целевых сайта CUC в CAT-РНК-последовательностях. Каталитические области рибозима по отношению к этим сайтам инсертировали в полную антисмысловую /-/ последовательность для CAT-транскрипта, после чего определяли каталитическую активность. In a second experiment, the reactivity of a ribozyme having / a / complementarity to the full length of the target CAT RNA transcript and / b / multiple catalytic regions was investigated. For this, four CUC target sites in CAT-RNA sequences were selected. The catalytic regions of the ribozyme with respect to these sites were inserted into the complete antisense / - / sequence for the CAT transcript, after which the catalytic activity was determined.
Четырьмя выбранными сайтами были три точно определенные посредством RzCAT-1 - RzCAT-3 и описанные ранее сайты, а еще один сайт может быть представлен следующим образом:
Новый CAT-сайт
N 192
5′
где "192" относится к аминокислоте 192 в CAT-полипептиде, U относится к сайту расщепления.The four selected sites were three precisely defined by R z CAT-1 - R z CAT-3 and the sites described previously, and another site can be represented as follows:
New CAT Site
N 192
5'
where "192" refers to amino acid 192 in the CAT polypeptide, U refers to a cleavage site.
Олигонуклеотиды, содержащие рибозимные каталитические области и включающие каждый из этих сайтов расщепления, использовались для мутагенеза М13 в целях продуцирования последовательности, содержащей полный комплемент CAT-последовательности с введенными 4-я каталитическими областями рибозима. М13-мутагенез осуществляли путем связывания олигонуклеотидов, содержащих инсерции рибозима, с однонитевыми М13-ДНК, содержащими урацил, с последующим синтезом комплементарных ДНК, содержащих инсерцию. После клонирования в соответствующем штамме Escherichia coli комплементарные ДНК выделяли /T.A. Kunkel 1985, Prog. Natl. Acad. Sci. USA. 82: 488-492/. Полученные двухнитевые кДНК клонировали in vitro в векторе экспрессии в целях продуцирования рибозимной РНК, используя при этом систему транскрипции с полимеразой T7. Активность рибозима определяли путем инкубации рибозимной РНК с CAT-транскриптом с последующим гель-электрофорезом реакционной смеси, проведенным после обработки смеси глиоксалем для денатурации нуклеиновых кислот. Oligonucleotides containing ribozyme catalytic regions and including each of these cleavage sites were used for M13 mutagenesis in order to produce a sequence containing the full complement of the CAT sequence with 4 catalytic ribozyme regions introduced. M13 mutagenesis was carried out by binding oligonucleotides containing ribozyme insertions to single-stranded M13 DNAs containing uracil, followed by the synthesis of complementary DNAs containing insertion. After cloning in the corresponding strain of Escherichia coli, complementary DNAs were isolated /T.A. Kunkel 1985, Prog. Natl. Acad Sci. USA 82: 488-492 /. The resulting double-stranded cDNA was cloned in vitro in an expression vector in order to produce ribozyme RNA using a T7 polymerase transcription system. Ribozyme activity was determined by incubation of a ribozyme RNA with a CAT transcript followed by gel electrophoresis of the reaction mixture, carried out after processing the mixture with glyoxal to denature nucleic acids.
Автолитическое расщепление имело место у всех ожидаемых сайтах на CAT-транскрипте. В соответствии с этим фланкирующие последовательности плечей или рибозима могут располагаться по всей длине расщепляемого РНК-транскрипта. Autolytic cleavage took place at all expected sites on the CAT transcript. Accordingly, the flanking sequences of the shoulders or ribozyme can be located along the entire length of the cleaved RNA transcript.
На фиг. 9 схематически изображено получение каталитической антисмысловой РНК, содержащей каждый из четырех рибозимов. Каталитическая антисмысловая РНК содержит около 900 оснований. In FIG. 9 schematically illustrates the preparation of catalytic antisense RNA containing each of the four ribozymes. Catalytic antisense RNA contains about 900 bases.
При указанных выше условиях рибозим и последовательности мишени образуют высокомолекулярные комплексы, вероятно, вследствие экстенсивного спаривания оснований. Сильная денатурирующая обработка, такая как обработка глиоксалем, необходима для растворения реакционных продуктов при осуществлении электрофореза. Under the above conditions, the ribozyme and target sequences form high molecular weight complexes, probably due to extensive base pairing. Strong denaturing treatment, such as glyoxal treatment, is necessary to dissolve the reaction products during electrophoresis.
Пример 5. Последовательности-мишени для рибозимного расщепления. Example 5. Target sequences for ribozyme cleavage.
Для того, чтобы убедиться действительно ли рибозим осуществляет расщепление в этой последовательности, исследовали GUA-мотив в мРНК. In order to verify whether the ribozyme actually performs cleavage in this sequence, we examined the GUA motif in mRNA.
В CAT-мРНК выбирали специфический сайт, фиг. 10, включающий GUA-мотив, и получали соответствующую последовательность рибозима, после чего проводили тестирование на активность. Рибозим имел плечи длиной 8 рибонуклеотидов. A specific site was selected in CAT mRNA, FIG. 10, including a GUA motif, and the corresponding ribozyme sequence was obtained, after which activity testing was performed. Ribozyme had shoulders with a length of 8 ribonucleotides.
Затем, в соответствии с описанием, приведенным в примере 2 получали синтетические олигонуклеотиды, соответствующие рибозиму, изображенному на фиг. 10, и двухнитевую кДНК клонировали в векторе экспрессии in vitro pGEM 4 /см. выше/ в E. coli в целях продуцирования рибозимной РНК, используя при этом систему транскрипции с полимеразой T7. Активность рибозима определяли путем инкубации рибозимной РНК с CAT-мРНК с последующим гель-электрофорезом реакционной смеси, как было описано ранее. Then, as described in Example 2, synthetic oligonucleotides corresponding to the ribozyme shown in FIG. 10, and the double-stranded cDNA was cloned into an in vitro
Расщепление рибозимом осуществлялось у целевого сайта GUA /не показан/. Из этого можно заключить, что мотив GUA в РНК является субстратом для рибозимов настоящего изобретения. Cleavage with ribozyme was carried out at the target site GUA / not shown /. From this it can be concluded that the GUA motif in RNA is a substrate for the ribozymes of the present invention.
Этот вывод не является полностью неожиданным, так как один из природных сайтов расщепления РНК сателлита-вируса преходящего стрика люцерны требует узнавания GUA-сайта. This conclusion is not completely unexpected, since one of the natural sites of RNA cleavage of the satellite virus of the transient alfalfa streak requires recognition of the GUA site.
Аналогичное исследование GUU-мотива в целевой последовательности CAT-РНК, проведенное с использованием соответствующего рибозима /см. фиг. 10b/, показало осуществление расщепления. A similar study of the GUU motif in the target CAT-RNA sequence was carried out using the corresponding ribozyme / cm. FIG. 10b / showed splitting.
Примеру 6. Рибозимное расщепление в вирусных РНК. Example 6. Ribozyme cleavage in viral RNA.
Вироидную РНК, а именно, вироида экзокортиса цитрусовых, подвергали расщеплению с использованием рибозима настоящего изобретения. The viroid RNA, namely the citroid exocortis viroid, was digested using the ribozyme of the present invention.
Два целевых сайта выбирали в РНК вироида экзокортиса цитрусовых /CEV/. И один сайт также выбирали в комплементарной нитевой последовательности. Против этих сайтов получали рибозимы, после чего исследовали активность. Указанные рибозимы обозначали CEV9x/+/, CEV9x/-/ и CEV25/+/. На фиг. 11 показаны три сайта расщепления в CEV-РНК для каждого из этих рибозимов. Все рибозимы получали в соответствии с описанными ранее способами. Рибозим RzCEV25x/+/ показан на фиг. 12. Этот рибозим расщепляет GUC у нуклеотида 116 CEV-РНК.Two target sites were selected in the RNA of the viroid of exocortis citrus / CEV /. And one site was also chosen in a complementary strand sequence. Ribozymes were obtained against these sites, after which activity was examined. These ribozymes were designated CEV9x / + /, CEV9x / - / and CEV25 / + /. In FIG. 11 shows three cleavage sites in CEV-RNA for each of these ribozymes. All ribozymes were prepared as previously described. Ribozyme R z CEV25x / + / is shown in FIG. 12. This ribozyme cleaves the GUC at nucleotide 116 CEV-RNA.
На фиг. 12/b/ показано расщепление CEV-РНК рибозимом RzCEV9x/+/. С рибозимом RzCEV9x/-/ расщепления не наблюдалось.In FIG. 12 / b / shows the cleavage of CEV-RNA with the ribozyme R z CEV9x / + /. With ribozyme R z CEV9x / - / cleavage was not observed.
Этот эксперимент показал, что рибозимы являются активными по отношению к последовательностям РНК, происходящим из различных источников. Этого результата можно было ожидать, так как все РНК построены на основе рибонуклеотидов, содержащих аденин, гуанин, цитозин и урацил, т.е. основания, которые входят в состав всех РНК, независимо от того, являются ли они животного, растительного или бактериального происхождения. This experiment showed that ribozymes are active against RNA sequences originating from various sources. This result could be expected, since all RNAs are based on ribonucleotides containing adenine, guanine, cytosine and uracil, i.e. the bases that make up all RNAs, regardless of whether they are of animal, plant or bacterial origin.
Пример 7. Примеры рибозимов, имеющих вариабельные каталитические области. Example 7. Examples of ribozymes having variable catalytic regions.
Получали рибозим, направленный на CAT-2-сайт, используя последовательность с каталитической областью, происходящую от РНК сателлита вируса мозаики клевера подземного /SCMoV/. Фланкирующую последовательность плеча рибозима с комплементарностью 12 оснований вводили в сконструированный рибозим RzSCMoV. Рибозимы RzCAT-2 и RzSCMoV показаны на фиг. 13a и 13 соответственно. Область петли рибозима RzSCMoV содержала 5 нуклеотидов, имеющих последовательность AAAUC. Это не так сильно отличается от области петли рибозима RzCAT-2, которая содержит 4 нуклеотида, имеющих последовательность AGAG. Кроме того, RzSCMoV содержит C в каталитической области вместо U*, которое имеется в RzCAT-2. Последовательности, отличающиеся при сравнении RzSCMoV и RzCAT-2, были помечены.Received a ribozyme directed to the CAT-2 site using a sequence with a catalytic region derived from the satellite RNA of the clover mosaic virus underground / SCMoV /. The flanking shoulder sequence of the ribozyme with a complementarity of 12 bases was introduced into the designed ribozyme R z SCMoV. The ribozymes R z CAT-2 and R z SCMoV are shown in FIG. 13a and 13, respectively. The loop region of the R z SCMoV ribozyme contained 5 nucleotides having the AAAUC sequence. This is not so different from the region of the loop of the ribozyme R z CAT-2, which contains 4 nucleotides having the AGAG sequence. In addition, R z SCMoV contains C in the catalytic region instead of U * , which is present in R z CAT-2. Sequences that differ when comparing R z SCMoV and R z CAT-2 were labeled.
RzSCMoV получали в соответствии с описанием, приведенным в примере 2. Как и ожидалось, RzSCMoV проявил активность с образованием двух продуктов расщепления.R z SCMoV was prepared as described in Example 2. As expected, R z SCMoV was active to form two cleavage products.
В другом эксперименте целевой сайт CEV при нуклеотиде -336 в кРНК расщепляли рибозимом RzCEV-2, имеющим последовательность, изображенную на фиг. 14a. Область петли, обозначенная "L" на фиг. 14, содержала 6 нуклеотидов, имеющих последовательность 3'-CCTATA-5', что отличается от области петли STOBRV, которая содержит 4 нуклеотида с последовательностью 3'-AGAG-5'. Этот рибозим расщепляет целевую комплементарную CEV-PHK в положении -336, как показано на профиле электрофореза на фиг. 14b.In another experiment, the target CEV site at -336 nucleotide in cRNA was digested with the ribozyme R z CEV-2 having the sequence shown in FIG. 14a. The loop area indicated by "L" in FIG. 14 contained 6 nucleotides having the 3'-CCTATA-5 'sequence, which is different from the STOBRV loop region, which contains 4 nucleotides with the 3'-AGAG-5' sequence. This ribozyme cleaves the target complementary CEV-PHK at position -336, as shown in the electrophoresis profile in FIG. 14b.
Этот эксперимент показал, что число нуклеотидов и нуклеотидная последовательность области петли не играют значительной роли в активности рибозима. В указанных экспериментах рибозимы были получены способами, описанными выше. This experiment showed that the number of nucleotides and the nucleotide sequence of the loop region do not play a significant role in ribozyme activity. In these experiments, ribozymes were obtained by the methods described above.
В другом эксперименте исследовали влияние спаривания оснований в каталитической области /области стебля/ на активность рибозима. In another experiment, the effect of base pairing in the catalytic region (stem region) on ribozyme activity was investigated.
Для этого был получен модифицированный рибозим, который соответствовал RzCAT-2, но содержал 4 лишних пар оснований, который затем подвергали тестированию. На фиг. 15a показана гибридизация последовательности рибозима с целевой CAT-РНК. Исследуемый рибозим показан на фиг. 15b, где дополнительные пары оснований заключены в рамку. Активность исследуемого рибозима соответствовала активности рибозима RzCAT-2. Это означает, что участок спаренных оснований каталитической области рибозима может иметь разную длину, что не оказывает значительного влияния на каталитическую активность.For this, a modified ribozyme was obtained that corresponded to R z CAT-2, but contained 4 extra base pairs, which was then tested. In FIG. 15a shows the hybridization of the ribozyme sequence with the target CAT-RNA. The test ribozyme is shown in FIG. 15b, where additional base pairs are framed. The activity of the studied ribozyme corresponded to the activity of the ribozyme R z CAT-2. This means that the site of the paired bases of the catalytic region of the ribozyme can have different lengths, which does not significantly affect the catalytic activity.
Было обнаружено /данные не приводятся/, что стабильная in vivo форма РНК-транскриптов STOBRV, экспрессированных в трансгенных растениях, является, в основном, кольцевой, что вероятно, обусловлено лигированием 5'- и 3'-концов. Поэтому использование двух сайтов автолитического расщепления, фланкирующих нужную последовательность в in vivo-РНК-транскрипте, по всей вероятности, приводит к получению кольцевого продукта, который может обладать лучшей устойчивостью, чем линейные транскрипты. Этот способ, очевидно, может послужить основой для получения стабилизированных in vivo последовательностей рибозима. Этот способ относится к замыканию молекул. It was found (data not shown) that the stable in vivo form of STOBRV RNA transcripts expressed in transgenic plants is mainly circular, which is probably due to ligation of the 5'- and 3'-ends. Therefore, the use of two autolytic cleavage sites flanking the desired sequence in an in vivo RNA transcript is most likely to produce a ring product that may have better stability than linear transcripts. This method, obviously, can serve as the basis for obtaining stabilized in vivo ribozyme sequences. This method relates to the closure of molecules.
Пример 8. In vivo - активность рибозимов. Example 8. In vivo - activity of ribozymes.
В этом примере приведено описание исследований in vivo - активности рибозимов в клетках растений. This example describes in vivo studies of ribozyme activity in plant cells.
Протокол эксперимента:
Плазмиды, содержащие анти-CAT /CAT=хлорамфениколацетилтрансфераза/ или объединенные генные конструкции анти-CAT/рибозим /см. ниже/, вводили в протопласты в одинаковом количестве и пропорциях друг относительно друга вместе с другой плазмидой, которая содержала функциональную CAT-генную конструкцию. Затем измеряли CAT-активности и сравнивали их с основным уровнем генной активности.Experiment Log:
Plasmids containing anti-CAT / CAT = chloramphenicolacetyltransferase / or combined anti-CAT gene constructs / ribozyme / cm. below /, were introduced into protoplasts in the same amount and proportions relative to each other together with another plasmid that contained a functional CAT gene construct. Then CAT activity was measured and compared with the main level of gene activity.
Материалы и методы:
/а/ Электропорация и CAT-анализ
Способ осуществляли в соответствии с описанием в работе Llewellyn et al. , T. Mol. Biol. /1987/ 195:115-123. Короче говоря, протопласты линии T5 Nicotiana plumbaginifolia получали из суспензии через два дня после того, как субкультуру суспендировали в 10 мМ HEPES pH 7,2, 150 мМ NaCl, 0,2 М маннита и доводили до плотности 3 x 106 мл. Электропорацию осуществляли с использованием одного 50 мс импульса при 250 В. Протопласты 10-кратно разбавляли и культивировали в течение 20 часов в темноте при 26oC. Затем их подвергали разрушению путем обработки ультразвуком и получали экстракты. Экстракты нормализовали на содержание белка и анализировали на CAT-активность активность in vitro с использованием 13С-хлорамфеникола и ацетил CoA. Реакционные продукты разделяли с помощью тонкослойной хроматографии и визуализировали с помощью авторадиографии. Предел реакции рассчитывали с помощью продуцирования производных радиоактивного продукта от 14C-хлорамфениколовой матрицы.Materials and methods:
/ a / Electroporation and CAT analysis
The method was carried out as described in Llewellyn et al. , T. Mol. Biol. / 1987/195: 115-123. In short, T5 Nicotiana plumbaginifolia protoplasts were obtained from suspension two days after the subculture was suspended in 10 mM HEPES pH 7.2, 150 mM NaCl, 0.2 M mannitol and adjusted to a density of 3 x 10 6 ml. Electroporation was carried out using one 50 ms pulse at 250 V. Protoplasts were diluted 10 times and cultured for 20 hours in the dark at 26 ° C. They were then destroyed by sonication and extracts were obtained. The extracts were normalized for protein content and analyzed for in vitro CAT activity using 13 C-chloramphenicol and acetyl CoA. The reaction products were separated by thin layer chromatography and visualized by autoradiography. The reaction limit was calculated using the production of derivatives of a radioactive product from a 14 C-chloramphenicol matrix.
Генные конструкции
Генные конструкции вводили в 0,1 мл суспензий протопластов в качестве плазмидных ДНК, которые очищали от бактерий путем экстракции и двух циклов равновесного центрифугирования с градиентом плотности CsCl. После чего осуществляли резуспендирование в 10 мМ Трис/1 мМ ЭДТК/pH = 7,5 для дальнейшего использования.Gene constructs
Gene constructs were introduced into 0.1 ml protoplast suspensions as plasmid DNA, which were purified from bacteria by extraction and two cycles of equilibrium centrifugation with a density gradient of CsCl. After that, resuspension was performed in 10 mM Tris / 1 mM EDTA / pH = 7.5 for further use.
Активные CAT-генные конструкции были внесены в плазмиду, обозначенную pCAT7/+/. Она была получена путем слияния последовательности CAT-гена /от плазмиды pGM4, см. T.T. Close и P. Rodriguez, 1982, Gene 20:305-316/ с плазмидой pT35SN /происходящей от плазмиды p35SN, W.L. Gerlach et al., 1987, Nature 328:802-805/; таким образом конструкция активного гена представляла собой
где 35S относится к 35S CaMV-промотору /CAMV- вирус мозаики цветной капусты, NOS относится к сигналу полиаденилирования нопалинсинтетазы, T/C к транскрипции.Active CAT gene constructs were introduced into the plasmid designated pCAT7 / + /. It was obtained by fusion of the CAT gene sequence / from plasmid pGM4, see TT Close and P. Rodriguez, 1982, Gene 20: 305-316 / with plasmid pT35SN / derived from plasmid p35SN, WL Gerlach et al., 1987, Nature 328: 802-805 /; thus, the design of the active gene was
where 35S refers to the 35S CaMV promoter / CAMV cauliflower mosaic virus, NOS refers to the polyadenylation signal of nopaline synthetase, T / C for transcription.
Наряду с 0,2 мкг pCAT7+ добавляли различные генные конструкции в избыточном количестве, как описано ниже. Генные конструкции содержались в плазмидах, имеющих следующие структуры:
pT35SN - Эта векторная плазмида, карта которой изображена на фиг. 16, содержит 35S CaM - промотор и сигнал 3'-полиаденилирования нопалинсинтазы растения и которая может быть схематически представлена следующим образом:
pCAT7 - Эта плазмида содержит последовательность CAT-гена, инсертированную в pT35SN так, чтобы транскрипция приводила к продуцированию антисмысловой CAT-РНК, указанная плазмида может быть схематически изображена следующим образом:
pCAT19 - Эта плазмида содержит CAT-ген с четырьмя каталитическими областями рибозимы /см. пример 4 и фиг.9/, инсертированный в pT35SN так, чтобы транскрипция приводила к продуцированию антисмысловой CAT-РНК, содержащей 4 каталитические области рибозима; указанная плазмида может быть схематически изображена следующим образом:
Результаты:
В таблице 2 представлены относительные CAT-активности в клетках через 20 часов после электропорации. Активность выражали как процент конверсии хлорамфениколового субстрата за 1 час анализа.Along with 0.2 μg pCAT7 +, various gene constructs were added in excess, as described below. Gene constructs were contained in plasmids having the following structures:
pT35SN - This vector plasmid, a map of which is depicted in FIG. 16 contains a 35S CaM promoter and a 3'-polyadenylation signal of plant nopaline synthase and which can be schematically represented as follows:
pCAT7 - This plasmid contains the CAT gene sequence inserted in pT35SN so that transcription leads to the production of antisense CAT-RNA, the plasmid can be schematically depicted as follows:
pCAT19 - This plasmid contains the CAT gene with four catalytic ribozyme regions / cm. example 4 and FIG. 9 / inserted in pT35SN so that transcription leads to the production of antisense CAT-RNA containing 4 catalytic regions of the ribozyme; the specified plasmid can be schematically depicted as follows:
Results:
Table 2 presents the relative CAT activity in
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
/а/ Введение CAT-генной конструкции приводит к значительной CAT-активности - ср. 2A, B с IA, B. Имеются также различия между дубликатами. Из результатов видно, что как и в других образцах /см. п. "о" и "с" ниже/, 2A показывают ненормально низкую активность.Based on the results obtained, the following conclusions can be drawn:
/ a / Introduction of a CAT gene construct leads to significant CAT activity - cf. 2A, B with IA, B. There are also differences between duplicates. It can be seen from the results that, as in other samples / cm. items "o" and "c" below /, 2A show an abnormally low activity.
/b/ Сопутствующее введение антисмысловой генной конструкции приводит к снижению уровня активности - ср. 3A, B и 4A, B с 2B. Степень этого снижения непосредственно связана с уровнем добавленного антисмыслового гена в виде плазмиды - ср. 3A, B и 4A, B. / b / Concomitant administration of an antisense gene construct leads to a decrease in the level of activity - cf. 3A, B and 4A, B with 2B. The degree of this decrease is directly related to the level of the added antisense gene in the form of a plasmid - cf. 3A, B and 4A, B.
/с/ Сопутствующее введение комбинированной генной конструкции антисмысловой ген/рибозим приводит к снижению генной активности - ср. 5A, B и 6A, B с 2B. Кроме того, это снижение более заметно для соответствующих уровней конструкций антисмыслового гена - ср. 5A, B с 3A, B и 6A, B с 4A, B. / s / Concomitant administration of the combined gene construct of the antisense gene / ribozyme leads to a decrease in gene activity - cf. 5A, B and 6A, B with 2B. In addition, this decrease is more noticeable for the corresponding levels of antisense gene constructs - cf. 5A, B with 3A, B and 6A, B with 4A, B.
Средние результаты для четырех экспериментов in vivo представлены на фиг. 17. На этом чертеже столбец "контрольный" представляет обработку 2; столбец "антисмысловой" представляет обработку 4; столбец "каталитический" представляет обработку 6; а "фон" - обработку 1. The average results for four in vivo experiments are shown in FIG. 17. In this drawing, the column "control" represents the
Каталитический рибозим ингибирует CAT-активность в среднем на 47 % и в среднем на 37% для антисмыслового рибозима. Catalytic ribozyme inhibits CAT activity by an average of 47% and an average of 37% for antisense ribozyme.
Введение рибозимнесущих генов в растительные клетки ингибирует активность генов, против которых они направлены. Более того, это ингибирование выше, чем для соответствующих молекул антисмысловой РНК. The introduction of ribozygous genes into plant cells inhibits the activity of the genes against which they are directed. Moreover, this inhibition is higher than for the corresponding antisense RNA molecules.
Эти результаты показывают, что указанные рибозимы могут быть активными в клетках животных, растений или микробов против ряда целевых РНК-молекул. These results show that these ribozymes can be active in animal, plant or microbial cells against a number of target RNA molecules.
Механизмы действия рибозимов в указанных примерах не совсем ясны. Например, антисмысловой рибозим может необратимо гибридизироваться с целевой РНК и катализирует расщепление фосфодиэфирной связи в одном или нескольких целевых сайтах вдоль целевой РНК. Альтернативно клеточные ферменты могут раскручивать антисмысловую РНК из ее целевой последовательности так, чтобы целевая РНК расщеплялась на два или несколько фрагментов. The mechanisms of action of ribozymes in these examples are not entirely clear. For example, the antisense ribozyme can irreversibly hybridize with the target RNA and catalyze the cleavage of the phosphodiester bond at one or more target sites along the target RNA. Alternatively, cell enzymes can unwind antisense RNA from its target sequence so that the target RNA is split into two or more fragments.
Пример 9. In vivo - активность рибозимов в клетках животных
В этом примере иллюстрируется активность рибозимов в инактировании целевой РНК в клетках млекопитающего.Example 9. In vivo - activity of ribozymes in animal cells
This example illustrates the activity of ribozymes in the inactivation of target RNA in mammalian cells.
Материалы и методы:
Конструкции активных генов, кодирующих рибозимы, трансфецировали в практически доступную COSI от линии клеток почки обезьяны путем электропорации. В этом способе 3 • 106/мл COSI-клеток суспендировали в солевом буфере, содержащем 10% FC /околоплодная сыворотка теленка/, подвергали взаимодействию с различными генными конструкциями и прикладывали электрический разряд для осуществления электропорации ДНК в клетках. Трансфецированные клетки инкубировали при 37oC в течение 48 часов в культуральной среде, после чего проводили анализ на CAT- и люциферазную активность.Materials and methods:
The constructs of active genes encoding ribozymes were transfected into practically accessible COSI from the monkey kidney cell line by electroporation. In this method, 3 × 10 6 / ml of COSI cells were suspended in saline buffer containing 10% FC / amniotic calf serum /, subjected to interaction with various gene constructs, and electric discharge was applied to effect electroporation of DNA in the cells. Transfected cells were incubated at 37 ° C. for 48 hours in culture medium, after which analysis for CAT and luciferase activity was performed.
Генные CAT-конструкции вводили в плазмиду, обозначенную pTK CAT /Miksicek et al., Cell. 46: 283-290, 1986/. Эта плазмида была образована путем введения последовательности CAT-гена в плазмиду так, чтобы она находилась под контролем промотора тимидинкиназы вируса простого герпеса. Gene CAT constructs were introduced into the plasmid designated pTK CAT / Miksicek et al., Cell. 46: 283-290, 1986 /. This plasmid was formed by introducing the CAT gene sequence into the plasmid so that it was under the control of the herpes simplex virus thymidine kinase promoter.
Генные конструкции, кодирующие рибозимы, вводили в плазмиду pSV 232A /De Wet et al., Molecular and Сellular Biology 7: 725-737, 1987/, содержащую ген люциферазы, сплавленный с ранним промотором SV 40. ДНК кодирующие рибозимы лигировали в Xbal-сайт у 3'-конца гена люциферазы в соответствии со стандартными способами, описанными Maniatis et al., (Molecular Cloning, a Laboratory Manual, Cold Spring Harbour, 1982/. Gene constructs encoding ribozymes were introduced into plasmid pSV 232A (De Wet et al., Molecular and Cell Biology 7: 725-737, 1987) containing the luciferase gene fused to the
С помощью стандартной техники Maniatis et al., /см. выше/ были получены следующие конструкции:
pFC58 - Этот плазмидный вектор содержал ДНК, кодирующую рибозим RzCAT-1, сплавленный с 3'-концом гена люциферазы в нефункциональной ориентации.Using standard techniques, Maniatis et al., / See above / the following designs were obtained:
pFC58 - This plasmid vector contained DNA encoding the R z CAT-1 ribozyme fused to the 3'-end of the luciferase gene in a non-functional orientation.
Схема этой плазмиды может быть представлена следующим образом:
где 232A относится к последовательностям pSV232A, ранний SV40 означает ранний промотор SV40 и малая T означает ДНК, кодирующую малую промежуточную последовательность T промотора SV40. Эта конструкция позволяет продуцировать молекулу РНК, кодирующую люциферазу и рибозим RzCAT-1, причем последний находится в ориентации, при которой он не имеет каталитического действия.The scheme of this plasmid can be represented as follows:
where 232A refers to the pSV232A sequences, early SV40 means the early SV40 promoter and small T means DNA encoding the small intermediate sequence T of the SV40 promoter. This design allows the production of an RNA molecule encoding a luciferase and ribozyme R z CAT-1, the latter being in an orientation in which it has no catalytic effect.
pFC4 - эта плазмида является аналогичной pFC58 за исключением того, что вместо RzCAT-1 продуцируют RzCAT-3.pFC4 - This plasmid is the same pFC58 except that instead of R z CAT-1 produce R z CAT-3.
pFC1-6 - Эта плазмида является аналогичной pFC58 за исключением того, что рибозим RzCAT-1 заменяется рибозимом RzCAT-3 в смысловой ориентации /5'-3'/.pFC1-6 - This plasmid is similar to pFC58 except that the ribozyme R z CAT-1 is replaced by the ribozyme R z CAT-3 in the sense orientation / 5'-3 '/.
pFC20 - Эта плазмида является аналогичной pFC1-6 за исключением того, что RzCAT-3 заменяется рибозимом RzCAT-2, имеющим 8 нуклеотидных фланкирующих последовательностей.pFC20 - This plasmid is similar to pFC1-6 except that R z CAT-3 is replaced by the ribozyme R z CAT-2 having 8 nucleotide flanking sequences.
pFC12 - Эта плазмида является аналогичной pFC20 за исключением того, что рибозим RzCAT-2 содержит 12 нуклеотидных фланкирующих последовательностей.pFC12 - This plasmid is similar to pFC20 except that the ribozyme R z CAT-2 contains 12 nucleotide flanking sequences.
pFC50 - Эта плазмида содержит CAT-ген с 4-я каталитическими областями рибозима /см. пример 4 и фиг. 9/ в смысловой ориентации /5'-3'/, которая при транскрипции дает неактивный рибозим. Эта плазмида может быть изображена схематически следующим образом:
pFC54 - Эта плазмида аналогична pFC50 за исключением того, что CAT-ген и области рибозима находятся в антисмысловой /3'-5'/ активной ориентации.pFC50 - This plasmid contains the CAT gene with 4 catalytic ribozyme regions / cm. Example 4 and FIG. 9 / in the semantic orientation / 5'-3 '/, which upon transcription gives an inactive ribozyme. This plasmid can be depicted schematically as follows:
pFC54 - This plasmid is similar to pFC50 except that the CAT gene and the ribozyme regions are in the antisense / 3'-5 '/ active orientation.
pFC64 - Эта плазмида содержит промотор SV50 и сигналы полиаденилирования, являющиеся общими с pFC50, и, кроме того, содержит CAT-ген дикого типа, но без областей рибозима. Этот ген находится в антисмысловой ориентации и поэтому не может продуцировать CAT-белок. pFC64 - This plasmid contains the SV50 promoter and polyadenylation signals that are common with pFC50, and also contains the wild-type CAT gene, but without ribozyme regions. This gene is in antisense orientation and therefore cannot produce CAT protein.
pFC65 - Эта плазмида является аналогичной плазмиде pFC64 за исключением того, что CAT-ген дикого типа находится в смысловой /5'-3'/ ориентации и поэтому обладает способностью продуцировать CAT-белок. pFC65 - This plasmid is similar to the pFC64 plasmid except that the wild-type CAT gene is in the 5/3/3 sense orientation and therefore has the ability to produce a CAT protein.
Анализы:
По методам De Wet et al., /см. выше/ проводили анализ на активность люциферазы. Короче говоря, COS-клетки лизировали в течение 48 часов после трансфекции, и клеточный лизат инкубировали с люфицерином, субстратом люциферазы и определяли люминесценцию с помощью сцинтилляционного счетчика.Tests:
According to the methods of De Wet et al., / See above / analyzed for luciferase activity. In short, COS cells were lysed for 48 hours after transfection, and the cell lysate was incubated with luficerin, a luciferase substrate, and luminescence was determined using a scintillation counter.
CAT-активность также определяли с использованием COS-клеточного лизата /клеточные лизаты делили наполовину и каждую половину использовали либо для анализа на люциферазу, либо на CAT-активность /по методу Sleing, M.T. Anal. Biochem 156: 251-256 /1986/. CAT activity was also determined using a COS cell lysate / cell lysates were halved and each half was used either for luciferase assay or for CAT activity / according to Sleing, M.T. Anal. Biochem 156: 251-256 / 1986 /.
In vivo - анализы показали, что pFC58 и pFC4 не влияли на CAT-активность в трансфецированных клетках. Эту активность обозначали как 100% CAT-активность и 0% CAT-ингибирование. CAT-активность в клетках, трансфецированных другими плазмидами, измеряли по отношению к pFC58. Процент CAT-ингибирования определяли по формуле:
нормализованную по отношению к продуцированию люциферазы.In vivo assays showed that pFC58 and pFC4 did not affect CAT activity in transfected cells. This activity was designated as 100% CAT activity and 0% CAT inhibition. CAT activity in cells transfected with other plasmids was measured with respect to pFC58. The percentage of CAT inhibition was determined by the formula:
normalized with respect to the production of luciferase.
CATиссл. = результат CAT-анализа для исследуемых конструкций. CATконт рольн. = CAT-анализ для контрольных конструкций /pFC4 и pFC58/.CAT research = result of CAT analysis for the studied structures. CAT 'roll pin. = CAT analysis for control constructs / pFC4 and pFC58 /.
Продуцирование люциферазы является внутренним контролем для электропорации и позволяет измерять продуцирование рибозима в каждой отдельной электропорированной чашке с тканевой культурой. Результаты см. в конце описания. The production of luciferase is an internal control for electroporation and allows measuring the production of ribozyme in each individual electroporated tissue culture dish. See results at the end of the description.
Claims (11)
где X представляет собой любой рибонуклеотид, который может быть одинаковым или различным;
(X)n и (X)n' каждый представляет собой олигорибонуклеотид с предопределенной последовательностью, которая способна взаимодействовать посредством спаривания оснований с последовательностью РНК-мишени, которая должна быть подвергнута расщеплению, и в периоде не связана ковалентно с последовательностями X-A-A-G-C и X-C-U-G-A соответственно;
n и n' каждый представляет собой целое число, которое определяет количество рибонуклеотидов в олигонуклеотиде при условии, что сумма n + n' достаточна для реализации стабильного взаимодействия рибозима с последовательностью РНК-мишени посредством спаривания оснований;
каждая * представляет собой спаривание оснований между рибонуклеотидами, локализованными на той или иной стороне;
каждая сплошная линия представляет собой химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или иной стороне;
a = 0 или 1, и если a = 0, то A, локализованное на 5'-конце (X)a, связывается с G, локализованным на 3'-конце (X)a;
m и m' каждое представляет собой целое число, которое больше или равно 1;
b является 0 или целым числом больше 2;
каждая пунктирная линия независимо представляет собой либо (i) химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне (X)b, когда b представляет собой целое число, большее или равное 2, либо (ii) отсутствие любой ткани химической связи, когда b = 0.1. A ribozyme for inactivating a selected endogenous or exogenous target RNA in a cell by efficiently specific cleaving it at a site selected in such a way as to cause inactivation of said target RNA, said ribozyme containing: 1) a catalytic region that is capable of cleaving the RNA- sequence targets and catalytic activity of which does not depend on the sequence of the selected RNA target; 2) a hybridizing region comprising a hybridizing region extending from the 5'-end of the catalytic region and a hybridizing region extending from the 3'-end of the catalytic region, the hybridizing regions having a length sufficient for stable hybridization with complementary target RNA sequences flanking the selected cleavage site, and has a structure
where X is any ribonucleotide that may be the same or different;
(X) n and (X) n ' each represents an oligoribonucleotide with a predetermined sequence that is capable of interacting by base pairing with the target RNA sequence to be cleaved and not covalently linked to XAAGC and XCUGA sequences in the period, respectively;
n and n 'each represents an integer that determines the number of ribonucleotides in the oligonucleotide, provided that the sum of n + n' is sufficient to realize stable interaction of the ribozyme with the target RNA sequence by base pairing;
each * represents a base pairing between ribonucleotides located on one side or another;
each solid line represents a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on one or another side;
a = 0 or 1, and if a = 0, then A located at the 5'-end of (X) a binds to G located at the 3'-end of (X) a ;
m and m 'each represents an integer that is greater than or equal to 1;
b is 0 or an integer greater than 2;
each dashed line independently represents either (i) a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on either side of (X) b when b is an integer greater than or equal to 2, or (ii) the absence of any chemical tissue communication when b = 0.
где X каждый представляет собой рибонуклеотид, который может быть одинаковым или различным;
(X)n-1 и (X)n каждый олигорибонуклеотид, имеющий предопределенную последовательность, которая способна взаимодействовать посредством спаривания оснований с последовательностью РНК-мишени, которая должна быть подвергнута расщеплению, и не связана в природе ковалентно с последовательностями C-A-A-A-G-C и X-C-U-G-A соответственно;
n и n' каждый представляет собой целое число, которое определяет количество рибонуклеотидов в олигонуклеотиде при условии, что сумма n + n' достаточна для реализации стабильного взаимодействия рибозима с последовательностью РНК-мишени посредством спаривания оснований;
каждая * обозначает спаривание оснований между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне;
каждая сплошная линия представляет собой химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне;
a = 0 или 1 и, когда a = 0, то A, локализованное на 5'-конце (X)a, связывается с G, локализованным на 3'-конце (X)a;
m и m' каждый является целым числом, которое больше или равно 1;
b представляет собой 0 или целое число, большее или равное 2;
каждая прерывистая линия независимо представляет собой либо (i) химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне (X)b, когда b является целым числом, большим или равным 2, либо (ii) отсутствие любой такой химической связи, когда b = 0.6. Ribozyme according to claim 1, characterized in that it has a structure
where X each represents a ribonucleotide, which may be the same or different;
(X) n-1 and (X) n each oligoribonucleotide having a predetermined sequence that is capable of interacting by base pairing with the target RNA sequence to be cleaved and is not naturally covalently linked to CAAAGC and XCUGA sequences, respectively;
n and n 'each represents an integer that determines the number of ribonucleotides in the oligonucleotide, provided that the sum of n + n' is sufficient to realize stable interaction of the ribozyme with the target RNA sequence by base pairing;
each * denotes base pairing between ribonucleotides located on one or the other side;
each solid line represents a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on one or the other side;
a = 0 or 1 and, when a = 0, then A, localized at the 5'-end of (X) a , binds to G, localized at the 3'-end of (X) a ;
m and m 'each is an integer that is greater than or equal to 1;
b is 0 or an integer greater than or equal to 2;
each dashed line independently represents either (i) a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on either side of (X) b when b is an integer greater than or equal to 2, or (ii) the absence of any such chemical bond when b = 0.
где каждый X - рибонуклеотид, который может быть одинаковым или различным;
(X)n-1 и (X)n каждый - олигорибонуклеотид с предопределенной последовательностью, которая способна взаимодействовать посредством спаривания оснований с последовательностью РНК-мишени, которая должна быть подвергнута расщеплению, и не связывается естественным образом ковалентно с последовательностями C-A-A-A-G-C и X-C-U-G-A соответственно;
n и n' каждый представляет собой целое число, которое определяет количество рибонуклеотидов в олигонуклеотиде при условии, что сумма n + n' достаточна для реализации стабильного взаимодействия рибозима с последовательностью РНК-мишени посредством спаривания оснований;
каждая * представляет собой спаривание оснований между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне;
каждая сплошная линия представляет собой химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне;
m и m' каждый - целое число, которое больше или равно 1;
b является 0 или целым числом, большим или равным 2;
каждая прерывистая линия независимо представляет собой либо (i) химическую связь, обеспечивающую ковалентное связывание между рибонуклеотидами, локализованными на той или другой стороне (X)b, когда b является целым числом, большим или равным 2, либо (ii) отсутствие любой такой химической связи, когда b = 0.7. Ribozyme according to claim 1, characterized in that it has a structure
where each X is a ribonucleotide, which may be the same or different;
(X) n-1 and (X) n each is an oligoribonucleotide with a predetermined sequence that is capable of interacting by base pairing with the target RNA sequence to be cleaved and does not naturally covalently bind to CAAAGC and XCUGA sequences, respectively;
n and n 'each represents an integer that determines the number of ribonucleotides in the oligonucleotide, provided that the sum of n + n' is sufficient to realize stable interaction of the ribozyme with the target RNA sequence by base pairing;
each * represents a base pairing between ribonucleotides located on one or the other side;
each solid line represents a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on one or the other side;
m and m 'each is an integer that is greater than or equal to 1;
b is 0 or an integer greater than or equal to 2;
each dashed line independently represents either (i) a chemical bond providing covalent binding between ribonucleotides located on either side of (X) b when b is an integer greater than or equal to 2, or (ii) the absence of any such chemical bond when b = 0.
3'-[-(Y)r-Q-(Y)S-]Z-5',
где Q - соединение, имеющее структуру по любому из пп.1 - 7;
Y каждый - рибонуклеотид, одинаковый или различный;
r и s каждый - целое число, большее или равное 0;
Z - целое число, большее или равное 1.8. Ribozyme according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has a structure
3 '- [- (Y) r -Q- (Y) S -] Z -5',
where Q is a compound having a structure according to any one of claims 1 to 7;
Y each is a ribonucleotide, the same or different;
r and s each is an integer greater than or equal to 0;
Z is an integer greater than or equal to 1.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AUPI5911/87 | 1987-12-15 | ||
AUPI591187 | 1987-12-15 | ||
PCT/AU1988/000478 WO1989005852A1 (en) | 1987-12-15 | 1988-12-14 | Ribozymes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2144080C1 true RU2144080C1 (en) | 2000-01-10 |
Family
ID=3772641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4830449/A RU2144080C1 (en) | 1987-12-15 | 1988-12-14 | Ribosime, method of inactivation of rna-target, method of ribosime preparing |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2144080C1 (en) |
ZA (1) | ZA889352B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458986C2 (en) * | 2008-05-23 | 2012-08-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по науке и инновациям | Controlled degradation of structured polyribonucleotides |
-
1988
- 1988-12-14 ZA ZA889352A patent/ZA889352B/en unknown
- 1988-12-14 RU SU4830449/A patent/RU2144080C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Forster A.C. and Symons R.H. Cell. - v. 50, p. 9 - 16, 03.07.87. Self clearage of virusoid RNA is performed by the proposed 55 nucleotide active site. Nature, - V. 328, 13.08.87, pp. 596-600 Olke C. Uhlenbeck. A small catalytic oligoribonucleotide. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458986C2 (en) * | 2008-05-23 | 2012-08-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по науке и инновациям | Controlled degradation of structured polyribonucleotides |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ZA889352B (en) | 1989-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR970010758B1 (en) | Oligo ribonucleotide composition | |
US5254678A (en) | Ribozymes | |
US5543508A (en) | Ribozymes | |
US5998193A (en) | Ribozymes with optimized hybridizing arms, stems, and loops, tRNA embedded ribozymes and compositions thereof | |
US6083744A (en) | DNA-armed ribozymes and minizymes | |
US5874414A (en) | Trans-splicing ribozymes | |
US20040209263A1 (en) | Selection of catalytic nucleic acids targeted to infectious agents | |
WO1996040906A1 (en) | Optimized minizymes and miniribozymes and uses thereof | |
US6183959B1 (en) | Method for target site selection and discovery | |
Hauswirth et al. | Ribozyme uses in retinal gene therapy | |
US6004806A (en) | Optimized minizymes and miniribozymes and uses thereof | |
RU2144080C1 (en) | Ribosime, method of inactivation of rna-target, method of ribosime preparing | |
US6828148B2 (en) | Miniribozymes active at low magnesium ion concentrations | |
IL88683A (en) | Ribozymes their production and pharmaceutical compositions containing them | |
WO1997043404A2 (en) | Ribozyme variants with improved catalytic activity under low magnesium conditions |