RU2353653C2 - Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application - Google Patents

Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application Download PDF

Info

Publication number
RU2353653C2
RU2353653C2 RU2006135177/13A RU2006135177A RU2353653C2 RU 2353653 C2 RU2353653 C2 RU 2353653C2 RU 2006135177/13 A RU2006135177/13 A RU 2006135177/13A RU 2006135177 A RU2006135177 A RU 2006135177A RU 2353653 C2 RU2353653 C2 RU 2353653C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biochip
rna
oligoribonucleotides
immobilized
protective groups
Prior art date
Application number
RU2006135177/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006135177A (en
Inventor
Александр Сергеевич Заседателев (RU)
Александр Сергеевич Заседателев
Андрей Леонидович Михейкин (RU)
Андрей Леонидович Михейкин
Сергей Алексеевич Суржиков (RU)
Сергей Алексеевич Суржиков
Ольга Александровна Заседателева (RU)
Ольга Александровна Заседателева
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН
Priority to RU2006135177/13A priority Critical patent/RU2353653C2/en
Publication of RU2006135177A publication Critical patent/RU2006135177A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353653C2 publication Critical patent/RU2353653C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry, biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to molecular biology, chemistry and biological chemistry and can be used for analysing interaction of RNA with RNA-binding molecules. Biological microchip (biochip) represents base, containing immobilised on it oligoribonucleotides, modified in one, several or all 2'-O-positions by silicon-based chemical protective groups. Method of manufacturing such biochip is performed by immobilization on base of oligoribonucleotides, containing in one, several or all 2'-O-positions silicon-based chemical protective groups. In order to remove chemical protective groups, biochip is incubated with solution for chemical protective group removal. Said method of removal of chemical protective groups in 2'-O-positions of oligoribonucleotides immobilised on biochip is performed immediately before the stage of contacting of RNA with RNA-binding molecules in order to obtain biochip for analysis of RNA interaction with RNA-binding molecules and performing method of said analysis.
EFFECT: preserving activity of immobilised molecules of ribonucleic acid.
11 cl, 7 dwg, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к молекулярной биологии, биохимии, биоорганической химии, биотехнологии, фармакологии и охране окружающей среды и предоставляет биологический микрочип (биочип), предназначенный для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, представляющий собой подложку, содержащую иммобилизованные на ней олигорибонуклеотиды, характеризующийся тем, что по одному, нескольким или всем 2'-O- положениям олигорибонуклеотидов присоединены химические защитные группы. Химические защитные группы предохраняют олигорибонуклеотиды от деградации и при необходимости могут быть удалены с иммобилизованных олигорибонуклеотидов прямо на биочипе непосредственно перед его использованием. Изобретение также предлагает способ удаления химических защитных групп с иммобилизованных олигорибонуклеотидов, способ изготовления биочипов, содержащих защищенные от деградации олигорибонуклеотиды, и способ анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами.The invention relates to molecular biology, biochemistry, bioorganic chemistry, biotechnology, pharmacology and environmental protection and provides a biological microchip (biochip) designed to analyze the interaction of RNA with RNA-binding molecules, which is a substrate containing oligoribonucleotides immobilized on it, characterized in that that chemical protective groups are attached to one, several or all 2'-O positions of oligoribonucleotides. Chemical protective groups protect oligoribonucleotides from degradation and, if necessary, can be removed from immobilized oligoribonucleotides directly on the biochip immediately before its use. The invention also provides a method for removing chemical protective groups from immobilized oligoribonucleotides, a method for manufacturing biochips containing oligoribonucleotides protected from degradation, and a method for analyzing the interaction of RNA with RNA-binding molecules.

Уровень техникиState of the art

Биочипом называется матрица микроячеек, регулярно расположенных на плоской подложке. Размер ячеек и расстояние между ними могут варьироваться от десятков до сотен микрон. В каждой ячейке биочипа иммобилизованы молекулы одного типа (молекулярные зонды), способные с высокой степенью специфичности связывать определенный тип биомолекул исследуемого раствора, наносимого на поверхность биочипа. Взаимодействие биомолекул с зондами регистрируется различными методами, что позволяет детектировать их наличие в анализируемой смеси (Колчинский, A.M., Грядунов, ДА., Лысов, Ю.П., Михайлович, В.М., Наседкина, Т.В., Турыгин, А.Ю., Рубина, А.Ю., Барский, В.Е. и Заседателев, А.С. 2004. Микрочипы на основе трехмерных ячеек геля: история и перспективы. Молекулярная биология, 38: 5-16; Venkatasubbarao, S. 2004. Microarrays-status and prospects. Trends Biotechnol. 22: 630-7).A biochip is a matrix of microcells regularly located on a flat substrate. The size of the cells and the distance between them can vary from tens to hundreds of microns. In each cell of the biochip, molecules of the same type (molecular probes) are immobilized, capable of binding a specific type of biomolecules of the test solution applied to the surface of the biochip with a high degree of specificity. The interaction of biomolecules with probes is recorded by various methods, which allows to detect their presence in the analyzed mixture (Kolchinsky, AM, Gryadunov, DA., Lysov, Yu.P., Mikhailovich, V.M., Nasedkina, T.V., Turygin, A .Yu., Rubina, A.Yu., Barsky, V.E. and Zasedatelev, A.S. 2004. Microchips based on three-dimensional gel cells: history and prospects, Molecular Biology, 38: 5-16; Venkatasubbarao, S. 2004. Microarrays-status and prospects. Trends Biotechnol. 22: 630-7).

В настоящее время биочипы с иммобилизованными олигорибонуклеотидами применяются по следующим направлениям:Currently, biochips with immobilized oligoribonucleotides are used in the following areas:

I. Для исследования кинетики и термодинамики связывания с РНК белков и антибиотиков:I. To study the kinetics and thermodynamics of RNA binding of proteins and antibiotics:

Hendrix, M., Priestley, E.S., Joyce, G.F. and Wong, C.H. 1997. Direct observation of aminoglycoside-RNA interactions by surface plasmon resonance. J. Am. Chem. Soc. 119:Hendrix, M., Priestley, E.S., Joyce, G.F. and Wong, C.H. 1997. Direct observation of aminoglycoside-RNA interactions by surface plasmon resonance. J. Am. Chem. Soc. 119:

3641-3648.3641-3648.

Wong, C.-H., Hendrix, M., Priestley, E.S. and Greenberg, W. 1998. Specificity of aminoglycoside antibiotics for the A-site of the decoding region of ribosomal RNA. Chem. Biol. 5: 397-406.Wong, C.-H., Hendrix, M., Priestley, E.S. and Greenberg, W. 1998. Specificity of aminoglycoside antibiotics for the A-site of the decoding region of ribosomal RNA. Chem. Biol. 5: 397-406.

Van Ryk, D.I. and Venkatesan, S. 1999. Real-time kinetics of HIV-1 Rev-Rev Response Element Interactions. J. Biol. Chem. 274: 17452-17463.Van Ryk, D.I. and Venkatesan, S. 1999. Real-time kinetics of HIV-1 Rev-Rev Response Element Interactions. J. Biol. Chem. 274: 17452-17463.

Xavier, K.A., Eder, P.S. and Giordano T. 2000. RNA as a drug target: methods for biophysical characterization and screening. Trends Biotechnol. 18: 349-356Xavier, K.A., Eder, P.S. and Giordano T. 2000. RNA as a drug target: methods for biophysical characterization and screening. Trends Biotechnol. 18: 349-356

Kwon, M., Chun, S.-M., Jeong, S. and Yu, J. 2001. In Vitro Selection of RNA against Kanamycin B. Mol. Cells 11: 303-311.Kwon, M., Chun, S.-M., Jeong, S. and Yu, J. 2001. In Vitro Selection of RNA against Kanamycin B. Mol. Cells 11: 303-311.

Rajendran, K.S. and Nagy, P.D. 2003. Characterization of the RNA-Binding Domains in the Replicase Proteins of Tomato Bushy Stunt Virus. J. Virol. 77: 9244-9258.Rajendran, K.S. and Nagy, P.D. 2003. Characterization of the RNA-Binding Domains in the Replicase Proteins of Tomato Bushy Stunt Virus. J. Virol. 77: 9244-9258.

Peters, H., Kusov, Y.Y., Meyer, S., Benie, A.J., Bauml, E., Wolff, M., Rademacher, C., Peters, T. and Gauss-Muller, V. 2005. Hepatitis A virus proteinase 3C binding to viral RNA:Peters, H., Kusov, YY, Meyer, S., Benie, AJ, Bauml, E., Wolff, M., Rademacher, C., Peters, T. and Gauss-Muller, V. 2005. Hepatitis A virus proteinase 3C binding to viral RNA:

correlation with substrate binding and enzyme dimerization. Biochem. J. 385: 363-370.correlation with substrate binding and enzyme dimerization. Biochem. J. 385: 363-370.

Verhelst, S.H., Michiels, P.J., van der Marel, G.A., van Boeckel, C.A. and van Boom, J.H. 2004. Surface plasmon resonance evaluation of various aminoglycoside-RNA hairpin interactions reveals low degree of selectivity. Chembiochem. 5: 937-942.Verhelst, S.H., Michiels, P.J., van der Marel, G.A., van Boeckel, C.A. and van Boom, J.H. 2004. Surface plasmon resonance evaluation of various aminoglycoside-RNA hairpin interactions reveals low degree of selectivity. Chembiochem. 5: 937-942.

II. Для исследования пространственной структуры РНК:II. To study the spatial structure of RNA:

Kirn, H.D., Nienhaus, G.U., На, Т., Orr, J.W., Williamson, J.R. and Chu, S. 2002. Mg2+-dependent conformational change of RNA studied by fluorescence correlation and FRET on immobilized single molecules. PNAS 99: 4284-4289.Kirn, H.D., Nienhaus, G.U., Na, T., Orr, J.W., Williamson, J.R. and Chu, S. 2002. Mg2 + -dependent conformational change of RNA studied by fluorescence correlation and FRET on immobilized single molecules. PNAS 99: 4284-4289.

III. При исследовании каталитических свойств РНК:III. In the study of the catalytic properties of RNA:

Nyholm, Т., Andang, M., Bandholtz, A., Maijgren, С., Persson, В., Hotchkiss, G., Fehniger, Т.Е., Larsson, S. and Ahrlund-Richter, L. 2000. Interaction between hammerhead ribozyme and RNA substrates measured by a surface plasmon resonance biosensor. J. Biochem. Biophys. Methods. 44: 41-57.Nyholm, T., Andang, M., Bandholtz, A., Maijgren, C., Persson, B., Hotchkiss, G., Fehniger, T.E., Larsson, S. and Ahrlund-Richter, L. 2000. Interaction between hammerhead ribozyme and RNA substrates measured by a surface plasmon resonance biosensor. J. Biochem. Biophys. Methods 44: 41-57.

IV. Для высокочувствительного определения точечных мутаций с помощью РНКазы H:IV. For highly sensitive determination of point mutations using RNase H:

Goodrich, T.T., Lee, H.J. and Corn, R.M. 2004. Direct detection of genomic DNA by enzymatically amplified SPR imaging measurements of RNA microarrays. J. Am. Chem. Soc. 126: 4086-4087.Goodrich, T.T., Lee, H.J. and Corn, R.M. 2004. Direct detection of genomic DNA by enzymatically amplified SPR imaging measurements of RNA microarrays. J. Am. Chem. Soc. 126: 4086-4087.

Биочипы с иммобилизованными олигорибонуклеотидами могут быть также применены для исследования термодинамики РНК/РНК дуплексов, РНК/ДНК гибридов и необычных структур нуклеиновых кислот.Biochips with immobilized oligoribonucleotides can also be used to study the thermodynamics of RNA / RNA duplexes, RNA / DNA hybrids, and unusual nucleic acid structures.

Недостатки существующих биочипов, содержащих иммобилизованные олигорибонуклеотидыDisadvantages of existing biochips containing immobilized oligoribonucleotides

На биочипе обычно иммобилизуют олигорибонуклеотиды, которые были энзиматически наработаны или химически синтезированы. В последнем случае защитные группы удаляют с 2'-0- групп сразу после синтеза, до нанесения на биочип. Молекулы РНК в значительно большей степени, чем молекулы ДНК, подвержены химической и энзиматической деградации (Кочетков, Н.К. и Будовский, Э.И. 1970. Органическая химия нуклеиновых кислот. Издательство "Химия", Москва). В частности, условия иммобилизации олигорибонуклеотидов, применяемые при изготовлении биочипов (температура, рН, УФ-облучение), могут приводить к частичной деградации олигорибонуклеотидов. Однако гораздо более общей проблемой, возникающей при производстве и хранении биочипов с иммобилизованными молекулами РНК, является практически повсеместное присутствие в окружающей среде рибонуклеаз (РНКаз), расщепляющих молекулы РНК. РНКазы являются чрезвычайно стабильными ферментами, устойчивыми, в частности, к термоинактивации (Makarov, А.А. and Ilinskaya, O.N. 2003. Cytotoxic ribonucleases: molecular weapons and their targets. FEBS Lett. 540: 15-20). Это требует принятия специальных мер по предотвращению контакта олигорибонуклеотидов с РНКазами в процессе их получения, манипуляций с ними и изготовления биочипов, что не только усложняет процесс, но и приводит к значительному увеличению стоимости. В частности, при работе с олигорибонуклеотидами требуются специально предназначенный для манипуляций с РНК набор дозирующих устройств (например, автоматические пипетки), общелабораторные приборы и устройства (в частности, весы, хроматографическое оборудование, электрофоретическое оборудование, ДНК/РНК синтезатор, и т.д.), наборы реагентов и т.д. Все растворы должны быть свободными от РНКаз, что требует предварительной обработки воды, используемой для приготовления растворов, или, где это допустимо, последующей обработки готовых растворов диэтилпирокарбонатом с последующим автоклавированием с целью стерилизации и разрушения остатков реагента. В идеале все работы с РНК проводятся в специальном отведенном для этих целей боксе, камере или отдельном помещении. (Маниатис, Т., Фрич, Э. и Сэмбрук, Дж. 1984. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Издательство "Мир", глава 6, п.3, 4, стр.188-189).Oligoribonucleotides that have been enzymatically produced or chemically synthesized are usually immobilized on a biochip. In the latter case, the protective groups are removed from the 2'-0-groups immediately after synthesis, before application to the biochip. RNA molecules to a much greater extent than DNA molecules are susceptible to chemical and enzymatic degradation (Kochetkov, NK and Budovsky, EI 1970. Organic chemistry of nucleic acids. Publishing house "Chemistry", Moscow). In particular, the conditions for the immobilization of oligoribonucleotides used in the manufacture of biochips (temperature, pH, UV irradiation) can lead to partial degradation of oligoribonucleotides. However, a much more general problem that arises in the production and storage of biochips with immobilized RNA molecules is the almost ubiquitous presence in the environment of ribonucleases (RNases) that cleave RNA molecules. RNases are extremely stable enzymes that are resistant, in particular, to thermal inactivation (Makarov, A.A. and Ilinskaya, O.N. 2003. Cytotoxic ribonucleases: molecular weapons and their targets. FEBS Lett. 540: 15-20). This requires the adoption of special measures to prevent the contact of oligoribonucleotides with RNases in the process of their preparation, manipulation with them and the manufacture of biochips, which not only complicates the process, but also leads to a significant increase in cost. In particular, when working with oligoribonucleotides, a set of dosing devices (for example, automatic pipettes) specially designed for manipulating RNA, general laboratory instruments and devices (in particular, scales, chromatographic equipment, electrophoretic equipment, DNA / RNA synthesizers, etc. ), reagent kits, etc. All solutions must be free of RNase, which requires pre-treatment of the water used to prepare the solutions, or, where appropriate, subsequent processing of the prepared solutions with diethyl pyrocarbonate, followed by autoclaving for sterilization and destruction of the reagent residues. Ideally, all work with RNA is carried out in a special box, chamber or separate room designated for these purposes. (Maniatis, T., Fritsch, E., and Sambrook, J. 1984. Methods of Genetic Engineering. Molecular Cloning. Mir Publishing House, Chapter 6, Clauses 3, 4, pp. 188-189).

В основу изобретения положена задача разработать такой биочип с иммобилизованными олигорибонуклеотидами, при изготовлении, хранении и использовании которого деградация иммобилизованных олигорибонуклеотидов была бы сведена к минимуму.The basis of the invention is the task of developing such a biochip with immobilized oligoribonucleotides, in the manufacture, storage and use of which the degradation of immobilized oligoribonucleotides would be minimized.

Поставленная задача решается предлагаемым изобретением.The problem is solved by the invention.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Настоящее изобретение предлагает биологический микрочип, предназначенный для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, представляющий собой подложку, содержащую иммобилизованные на ней олигорибонуклеотиды, характеризующийся тем, что по меньшей мере по одному из 2'-O- положений олигорибонуклеотидов присоединены химические защитные группы, предотвращающие образование 2',3'-циклофосфата и последующий распад этих олигорибонуклеотидов. При необходимости химические защитные группы могут быть удалены с иммобилизованных олигорибонуклеотидов прямо на биочипе, непосредственно перед его использованием.The present invention provides a biological microchip designed to analyze the interaction of RNA with RNA-binding molecules, which is a substrate containing oligoribonucleotides immobilized on it, characterized in that at least one of the 2'-O positions of the oligoribonucleotides is attached chemical protective groups that prevent the formation of 2 ', 3'-cyclophosphate and the subsequent decomposition of these oligoribonucleotides. If necessary, chemical protective groups can be removed from immobilized oligoribonucleotides directly on the biochip, immediately before its use.

При необходимости биочип может дополнительно содержать иммобилизованные олигодезоксирибонуклеотиды.If necessary, the biochip may additionally contain immobilized oligodeoxyribonucleotides.

Химические защитные группы могут быть присоединены ковалентным либо нековалентным способом по 2'-O-положениям иммобилизованных олигорибонуклеотидов.Chemical protecting groups can be attached covalently or non-covalently at the 2'-O positions of immobilized oligoribonucleotides.

В качестве химических защитных групп, ковалентно присоединенных по 2'-О-положениям иммобилизованных олигорибонуклеотидов, можно предпочтительно использовать /яре/и-бутилдиметилсилильную или триизопропилсилилоксиметильную защитные группы.As chemical protective groups covalently attached at the 2'-O positions of the immobilized oligoribonucleotides, it is preferable to use the / yr / i-butyldimethylsilyl or triisopropylsilyloxymethyl protective groups.

В одном из воплощений биочипа настоящего изобретения олигорибонуклеотиды с защитными группами по 2'-O-положениям иммобилизуют методом сополимеризации в объеме трехмерных гидрогелевых ячеек, расположенных регулярным образом на подложке биочипа.In one of the embodiments of the biochip of the present invention, oligoribonucleotides with protective groups at 2'-O positions are immobilized by copolymerization in the volume of three-dimensional hydrogel cells located regularly on the substrate of the biochip.

Настоящее изобретение также предлагает способ удаления химических защитных групп с олигорибонуклеотидов биочипа, проводимый прямо на биочипе непосредственно перед его использованием и предусматривающий инкубацию биочипа с раствором для удаления химических защитных групп в течение времени, достаточного для удаления химических защитных групп. Предпочтительно удаление защитных групп может проводиться в растворе 0,01М-3М тетрабутиламмоний фторида (TBAF) в течение 2-48 часов при температуре 0-60°С.The present invention also provides a method for removing chemical protective groups from biochip oligoribonucleotides, carried out directly on the biochip immediately prior to its use and involving incubating the biochip with a solution to remove chemical protective groups for a time sufficient to remove chemical protective groups. Preferably, the deprotection can be carried out in a solution of 0.01M-3M tetrabutylammonium fluoride (TBAF) for 2-48 hours at a temperature of 0-60 ° C.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ изготовления биочипа настоящего изобретения, предусматривающий обеспечение олигорибонуклеотидов, содержащих по меньшей мере по одному из 2'-О-положений присоединенные химические защитные группы, и затем изготовление биочипа путем иммобилизации этих олигорибонуклеотидов на подложке биочипа.The present invention also provides a method for manufacturing a biochip of the present invention, comprising providing oligoribonucleotides containing at least one of the 2'-O positions attached chemical protective groups, and then manufacturing a biochip by immobilizing these oligoribonucleotides on a biochip substrate.

При необходимости способ дополнительно предусматривает обеспечение олигодезоксирибонуклеотидов и их иммобилизацию на подложке биочипа.If necessary, the method further comprises providing oligodeoxyribonucleotides and immobilizing them on a biochip substrate.

При изготовлении биочипа можно использовать синтезированные олигорибонуклеотиды, содержащие, по меньшей мере, по одному из 2'-O-положений ковалентно либо нековалентно присоединенные химические защитные группы. Защитные группы предохраняют олигорибонуклеотиды от воздействия рибонуклеаз в процессе постсинтетической обработки, в процессе изготовления и хранения биочипа.In the manufacture of a biochip, synthesized oligoribonucleotides containing at least one of the 2'-O positions can be covalently or non-covalently attached with chemical protective groups. Protective groups protect oligoribonucleotides from the effects of ribonucleases during postsynthetic processing, during the manufacturing and storage of the biochip.

В одном из воплощений способа изготовления биочипа настоящего изобретения иммобилизацию олигорибонуклеотидов проводят методом сополимеризации в объеме трехмерных гидрогелевых ячеек, расположенных регулярным образом на подложке биочипа.In one embodiment of the method of manufacturing the biochip of the present invention, the immobilization of oligoribonucleotides is carried out by copolymerization in the volume of three-dimensional hydrogel cells located regularly on the substrate of the biochip.

Еще в одном своем воплощении способа изготовления биочипа настоящего изобретения дополнительно проводят процедуру удаления химических защитных групп с иммобилизованных олигорибонуклеотидов на биочипе.In another embodiment of the method for manufacturing the biochip of the present invention, a procedure is further carried out for removing chemical protective groups from immobilized oligoribonucleotides on the biochip.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, предусматривающий контактирование РНК-связывающихся молекул с биочипом настоящего изобретения.The present invention also provides a method for analyzing the interaction of RNA with RNA-binding molecules, comprising contacting the RNA-binding molecules with a biochip of the present invention.

Далее настоящее изобретение будет подробно раскрыто со ссылкой на чертежи.The present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1. РНК/ДНК биочип. (А) Схема РНК/ДНК биочипа, на которой указаны последовательности и концентрации иммобилизованных олигонуклеотидов для каждой гидрогелевой ячейки в соответствии с расположением ячеек на биочипе. (Б) Картина гибридизации флуоресцентно меченного красителем Техасский красный (TR) олигодезоксирибонуклеотида d(TTCCAT)-TR с олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидами, иммобилизованными в 3D-гидрогелевых ячейках РНК/ДНК биочипа. Изображение получено при -5°С после насыщения флуоресцентных сигналов ячеек в течение 15 минут. Последовательности иммобилизованных олигонуклеотидов указаны в строках. Основания иммобилизованных олигонуклеотидов, приводящие к образованию однократных и двукратных мисматчей при гибридизации олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR, подчеркнуты. Последовательности олигорибонуклеотидов указаны слева, а последовательности олигодезоксирибонуклеотидов указаны справа, обозначая расположение соответствующих ячеек относительно среднего столбца гидрогелевых ячеек с пустым гелем. Концентрации иммобилизованных олигонуклеотидов указаны под столбцами ячеек биочипа.Figure 1. RNA / DNA biochip. (A) An RNA / DNA biochip diagram showing the sequences and concentrations of immobilized oligonucleotides for each hydrogel cell according to the location of the cells on the biochip. (B) Hybridization pattern of fluorescently dye-labeled Texas Red (TR) oligodeoxyribonucleotide d (TTCCAT) -TR with oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides immobilized in 3D hydrogel RNA / DNA biochip cells. The image was obtained at -5 ° C after saturation of the fluorescent cell signals for 15 minutes. The sequences of immobilized oligonucleotides are indicated in rows. The bases of immobilized oligonucleotides leading to the formation of single and double mismatches during hybridization of the oligonucleotide d (TTCCAT) -TR are underlined. The oligoribonucleotide sequences are indicated on the left, and the oligodeoxyribonucleotide sequences are indicated on the right, indicating the location of the corresponding cells relative to the middle column of the empty gel hydrogel cells. The concentrations of immobilized oligonucleotides are indicated below the columns of the biochip cells.

Фиг.2. Изображение 3D-гидрогелевого РНК/ДНК биочипа, инкубированного в течение двух часов с раствором рибонуклеазы биназы, а затем с раствором флуоресцентно меченного олигодезоксирибонуклеотида d(TTCCAT)-TR. Условия гибридизации, последовательности и концентрации иммобилизованных олигонуклеотидов, а также их расположение такое же, как на Фиг.1Б.Figure 2. Image of a 3D hydrogel RNA / DNA biochip incubated for two hours with a binase ribonuclease solution and then with a fluorescently labeled oligodeoxyribonucleotide d (TTCCAT) -TR solution. The hybridization conditions, sequences and concentrations of immobilized oligonucleotides, as well as their location, are the same as in Fig. 1B.

Фиг.3. Изучение термодинамических характеристик образования олигонуклеотидных дуплексов на РНК/ДНК биочипе. (А) Нормированные кривые температурной диссоциации (черные символы) и ассоциации (белые символы) совершенных дуплексов, образованных в результате гибридизации флуоресцентно меченного олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR с различными олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидами, иммобилизованными в 3D-гидрогелевых ячейках биочипа. Последовательности иммобилизованных олигонуклеотидов указаны на фигуре. (Б) Нормированные равновесные кривые температурной диссоциации совершенных дуплексов, образованных в результате гибридизации флуоресцентно меченного олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR с олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидами, иммобилизованными в 3D-гидрогелевых ячейках биочипа. Последовательности иммобилизованных олигонуклеотидов указаны на фигуре.Figure 3. Studying the thermodynamic characteristics of the formation of oligonucleotide duplexes on an RNA / DNA biochip. (A) Normalized temperature dissociation curves (black symbols) and associations (white symbols) of perfect duplexes formed as a result of hybridization of the fluorescently labeled d (TTCCAT) -TR oligonucleotide with various oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides immobilized in 3D hydrogel cells of the biochip. The sequences of immobilized oligonucleotides are indicated in the figure. (B) Normalized equilibrium temperature dissociation curves of perfect duplexes formed as a result of hybridization of the fluorescently labeled d (TTCCAT) -TR oligonucleotide with oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides immobilized in 3D hydrogel cells of the biochip. The sequences of immobilized oligonucleotides are indicated in the figure.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Настоящее изобретение предлагает биочип, на подложке которого иммобилизованы олигорибонуклеотиды, содержащие химические защитные группы по одному, нескольким или всем 2'-O-положениям. Удаление этих групп может быть осуществлено непосредственно перед использованием биочипа.The present invention provides a biochip, on the substrate of which oligoribonucleotides containing chemical protective groups at one, several or all 2'-O positions are immobilized. The removal of these groups can be carried out immediately before using the biochip.

В качестве олигорибонуклеотидов для иммобилизации могут быть использованы олигорибонуклеотиды, содержащие по одному, нескольким или всем 2'-O-положениям любые ковалентно или нековалентно присоединенные химические защитные группы, предотвращающие образование 2',3'-циклофосфата и последующий распад этих олигорибонуклеотидов. К таким группам относятся защитные группы на основе кремния, удаляемые ионами фтора (Wada, Т., Tobe, M-, Nagayama, Т., Furusawa, К. and Sekine, M. 1993. New strategies for oligonucleotide synthesis by use of 2-trimethylsilylethyl and 2-trimethylsilylethoxymethyl as the phosphate and 2'-hydroxyl protecting groups, respectively. Nucleic Acids Symp. Ser. 29: 9-10; Westman, E. and Stromberg, R. 1994. Removal of t-butyldimethylsilyl protection in RNA-synthesis. Triethylamine trihydrofluoride (TEA, 3HF) is a more reliable alternative to tetrabutylammonium fluoride (TBAF). Nucleic Acids Res. 22: 2430-2431), ацетальные группы, удаляемые в кислых условиях (Griffin, В.Е. and Reese, С. В. 1964. Oligoribonucleotide synthesis via 2',5'-protected ribonucleoside derivatives. Tetrahedron Lett. 5: 2925-2931; Rastogi, H. and Usher, D.A. 1995 A new 2'-hydroxyl protecting group for the automated synthesis of oligoribonucleotides. Nucleic Acids Res. 23: 4872-4877) или безводных основных условиях (Umemoto, Т. and Wada, Т. 2004. Oligoribonucleotide synthesis by the use of 1-(2-cyanoethoxy)ethyl (CEE) as a 2'-hydroxy protecting group.Nucleic Acids Symposium Series, 48: 9-10), ортоэфирные защитные группы (Scaringe, S.A., Wincott, F.E. and Caruthers, M.H. 1998. Novel RNA Synthesis Method Using 5'-О-Silyl-2'-О-orthoester Protecting Groups. J. Am. Chem. Soc. 120: 11820-11821; Karwowski, В., Seio, К. and Sekine, M., 2005. 4,5-bis(ethoxycarbonyl)-[1,3]dioxolan-2-yl as a new orthoester-type protecting group for the 2'-hydroxyl function in the chemical synthesis of RNA. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 24: 1111-1114). Предпочтительно, в качестве защитных групп по 2'-O-положениям синтезируемых олигорибонуклеотидов могут быть использованы трет-бутилдиметилсилильные (tBDMS) и/или триизопропилсилилоксиметильные (ТОМ, TOM-Protecting-Group™) защитные группы.As oligoribonucleotides for immobilization, oligoribonucleotides containing one, several, or all 2'-O positions of any covalently or non-covalently attached chemical protecting groups that prevent the formation of 2 ', 3'-cyclophosphate and subsequent decomposition of these oligoribonucleotides can be used. Such groups include silicon-based protecting groups removed by fluorine ions (Wada, T., Tobe, M-, Nagayama, T., Furusawa, K. and Sekine, M. 1993. New strategies for oligonucleotide synthesis by use of 2- trimethylsilylethyl and 2-trimethylsilylethoxymethyl as the phosphate and 2'-hydroxyl protecting groups, respectively. Nucleic Acids Symp. Ser. 29: 9-10; Westman, E. and Stromberg, R. 1994. Removal of t-butyldimethylsilyl protection in RNA- synthesis.Triethylamine trihydrofluoride (TEA, 3HF) is a more reliable alternative to tetrabutylammonium fluoride (TBAF). Nucleic Acids Res. 22: 2430-2431), acetal groups removed under acidic conditions (Griffin, B.E. and Reese, C V. 1964. Oligoribonucleotide synthesis via 2 ', 5'-protected ribonucleoside derivatives. Tetrahedron Lett. 5: 2925-2931; Rastogi, H. and Usher, DA 1995 A new 2'-hydroxyl protecting group for the aut omated synthesis of oligoribonucleotides. Nucleic Acids Res. 23: 4872-4877) or anhydrous basic conditions (Umemoto, T. and Wada, T. 2004. Oligoribonucleotide synthesis by the use of 1- (2-cyanoethoxy) ethyl (CEE) as a 2'-hydroxy protecting group. Nucleic Acids Symposium Series, 48: 9-10), orthoester protecting groups (Scaringe, SA, Wincott, FE and Caruthers, M.H. 1998. Novel RNA Synthesis Method Using 5'-O-Silyl-2'-O-orthoester Protecting Groups. J. Am. Chem. Soc. 120: 11820-11821; Karwowski, B., Seio, K. and Sekine, M., 2005. 4,5-bis (ethoxycarbonyl) - [1,3] dioxolan-2-yl as a new orthoester-type protecting group for the 2'-hydroxyl function in the chemical synthesis of RNA. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 24: 1111-1114). Preferably, tert-butyldimethylsilyl (tBDMS) and / or triisopropylsilyloxymethyl (TOM, TOM-Protecting-Group ™) protecting groups can be used as protective groups at the 2'-O positions of the synthesized oligoribonucleotides.

Олигорибонуклеотиды могут быть получены различными способами, например химически синтезированы перед нанесением на биочип. В настоящее время разработано несколько различных химических подходов к синтезу олигорибонуклеотидов:Oligoribonucleotides can be obtained in various ways, for example, chemically synthesized before application to the biochip. Currently, several different chemical approaches to the synthesis of oligoribonucleotides have been developed:

фосфорамидитный метод (Beaucage, S.L. 1993. Oligodeoxyribonucleotides synthesis. Phosphoramidite approach. Methods Mol. Biol. 20: 33-61; Damha, M.J. and Ogilvie, K.K. 1993. Oligoribonucleotide synthesis. The silyl-phosphoramidite method. Methods Mol. Biol. 20: 81-114), Н-фосфонатный (Froehler ВС.1993. Oligodeoxynucleotide synthesis. H-phosphonate approach. Methods Mol. Biol. 20: 63-80), фосфотриэфирный (Christodoulou С.1993. Oligonucleotide synthesis. Phosphotriester approach. Methods Mol. Biol. 20: 19-31), твердофазный (Sinha, N.D. 1993. Large-scale oligonucleotide synthesis using the solid-phase approach. Methods Mol. Biol. 20: 437-463) или проводимый в растворе (Bonora, G.M., Biancotto, G., Maffini, M. and Scremin. C.L. 1993. Large scale, liquid phase synthesis of oligonucleotides by the phosphoramidite approach. Nucleic Acids Res. 21: 1213-1217). Предпочтительно олигорибонуклеотиды с защитными группами синтезируют методом твердофазной фосфорамидитной химии из коммерчески доступных фосфорамидитов, содержащих соответствующие защитные группы (GlenResearch, США).phosphoramidite method (Beaucage, SL 1993. Oligodeoxyribonucleotides synthesis. Phosphoramidite approach. Methods Mol. Biol. 20: 33-61; Damha, MJ and Ogilvie, KK 1993. Oligoribonucleotide synthesis. The silyl-phosphoramidite method. Methods Mol. Biol. 20: 81-114), N-phosphonate (Froehler BC. 1993. Oligodeoxynucleotide synthesis. H-phosphonate approach. Methods Mol. Biol. 20: 63-80), phosphotether (Christodoulou C. 1993. Oligonucleotide synthesis. Phosphotriester approach. Methods Mol. Biol. 20: 19-31), solid phase (Sinha, ND 1993. Large-scale oligonucleotide synthesis using the solid-phase approach. Methods Mol. Biol. 20: 437-463) or carried out in solution (Bonora, GM, Biancotto, G., Maffini, M. and Scremin. CL 1993. Large scale, liquid phase synthesis of oligonucleotides by the phosphoramidite approach. Nucleic Acids Res. 21: 1213-1217). Preferably, the oligoribonucleotides with protective groups are synthesized by solid phase phosphoramidite chemistry from commercially available phosphoramidites containing the corresponding protective groups (GlenResearch, USA).

Олигорибонуклеотиды могут быть наработаны энзиматически, например, с использованием Т7 РНК-полимеразы в ходе in vitro транскрипции короткого фрагмента ДНК, содержащего соответствующий промотор (Milligan, J.F., Groebe, D.R., Witherell, G.W. and Uhlenbeck O.C. 1987. Oligoribonucleotide synthesis using Т7 RNA polymerase and synthetic DNA templates. Nucleic Acids Res. 15: 8783-8798).Oligoribonucleotides can be produced enzymatically, for example, using T7 RNA polymerase during in vitro transcription of a short DNA fragment containing the corresponding promoter (Milligan, JF, Groebe, DR, Witherell, GW and Uhlenbeck OC 1987. Oligoribonucleotide synthesis using T7 RNA polymerase synthetic DNA templates. Nucleic Acids Res. 15: 8783-8798).

Олигорибонуклеотиды также могут быть синтезированы непосредственно в процессе изготовления биочипа, например, методом ступенчатого синтеза олигонуклеотидов заданной последовательности на подложке биочипа, таким как метод фотолитографии (Pease А. С., Solas D., Sullivan E.J., Cronin M.T., Holmes С.Р. and Fodor S.P.A. 1994. Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis. Proc. Natl. Acad. Sci., 91: 5022-5026).Oligoribonucleotides can also be synthesized directly in the process of manufacturing a biochip, for example, by the method of stepwise synthesis of oligonucleotides of a given sequence on a biochip substrate, such as photolithography (Pease A. C., Solas D., Sullivan EJ, Cronin MT, Holmes C. P. and Fodor SPA 1994. Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis. Proc. Natl. Acad. Sci., 91: 5022-5026).

В качестве биочипов могут быть использованы двумерные (2D) биочипы, олигорибонуклеотиды которых иммобилизованы на модифицированной поверхности подложки, или трехмерные (3D) биочипы, олигорибонуклеотиды которых иммобилизованы в объеме гелевых ячеек, нанесенных на подложку. В качестве подложки может быть использована любая платформа (стекло, пластик, мембрана).As biochips, two-dimensional (2D) biochips whose oligoribonucleotides are immobilized on a modified surface of a substrate, or three-dimensional (3D) biochips whose oligoribonucleotides are immobilized in the volume of gel cells deposited on a substrate, can be used. Any platform (glass, plastic, membrane) can be used as a substrate.

При изготовлении биочипа могут быть использованы различные способы иммобилизации олигонуклеотидов. Олигорибонуклеотиды могут быть иммобилизованы с образованием ковалентных связей между олигорибонуклеотидами, химически модифицированными по 5' или 3' концу, и слоем мономера, полимера или гидрогеля, нанесенным на платформу биочипа (Joos В., Kuster H. and Cone R. (1997). Covalent attachment of hybridizable oligonucleotides to glass supports. Analytical biochemistry, vol. 247, pp.96-101; Goodrich, T.T., Lee, H.J., Corn, R.M. 2004. Direct detection of genomic DNA by enzymatically amplified SPR imaging measurements of RNA microarrays. J. Am. Chem. Soc. 126: 4086-4087; Afanassiev, V., Hanemann, V. and Wolfl, S. 2000; Parfett, C.L., Zhou, G. and Silverman, F. 2005. End-linked amino-modified 50-mer oligonucleotides as RNA profiling probes on nylon arrays: comparison to UV cross-linked DNA probes. BioTechniques 38: 690-694). Олигорибонуклеотиды могут быть иммобилизованы на биочипе нековалентным способом, например, за счет образования связи стрептавидин-биотин, что обычно применяют в производстве сенсорных РНК биочипов для анализа взаимодействия белков и лигандов с РНК методом поверхностного плазменного резонанса (Xavier, K.A., Eder, P.S. and Giordano T. 2000. RNA as a drug target: methods for biophysical characterization and screening. Trends Biotechnol. 18: 349-356; Verhelst, S.H., Michiels, P.J., van der Marel, G.A., van Boeckel, C.A. and van Boom, J.H. 2004. Surface plasmon resonance evaluation of various aminoglycoside-RNA hairpin interactions reveals low degree of selectivity. Chembiochem. 5: 937-942), или, например, посредством физической адсорбции на поверхности нитроцеллюлозной или нейлоновой мембраны (Jones, K.D. September 2001. Membrane immobilization of nucleic acids, Part 2: Probe Attachment Techniques. IVD Technology).In the manufacture of the biochip, various methods for immobilizing oligonucleotides can be used. Oligoribonucleotides can be immobilized to form covalent bonds between oligoribonucleotides chemically modified at the 5 'or 3' end and a layer of monomer, polymer or hydrogel applied to the biochip platform (Joos B., Kuster H. and Cone R. (1997). Covalent Attachment of hybridizable oligonucleotides to glass supports. Analytical biochemistry, vol. 247, pp. 96-101; Goodrich, TT, Lee, HJ, Corn, RM 2004. Direct detection of genomic DNA by enzymatically amplified SPR imaging measurements of RNA microarrays. J Am. Chem. Soc. 126: 4086-4087; Afanassiev, V., Hanemann, V. and Wolfl, S. 2000; Parfett, CL, Zhou, G. and Silverman, F. 2005. End-linked amino-modified 50-mer oligonucleotides as RNA profiling probes on nylon arrays: comparison to UV cross-linked DNA probes. Bi oTechniques 38: 690-694). Oligoribonucleotides can be immobilized on a biochip in a non-covalent manner, for example, by forming a streptavidin-biotin bond, which is usually used in the production of sensory RNA biochips to analyze the interaction of proteins and ligands with RNA by surface plasma resonance (Xavier, KA, Eder, PS and Giordano T . 2000. RNA as a drug target: methods for biophysical characterization and screening. Trends Biotechnol. 18: 349-356; Verhelst, SH, Michiels, PJ, van der Marel, GA, van Boeckel, CA and van Boom, JH 2004. Surface plasmon resonance evaluation of various aminoglycoside-RNA hairpin interactions reveals low degree of selectivity. Chembiochem. 5: 937-942), or, for example, by physical adsorption on the surface of a nitrocellulose or nylon membrane (Jones, K.D. September 2001. Membrane immobilization of nucleic acids, Part 2: Probe Attachment Techniques. IVD Technology).

Известно большое число способов изготовления 2D-биочипов, среди которых полезными для осуществления настоящего изобретения могут быть методы ступенчатого синтеза in situ олигонуклеотидов заданной последовательности на поверхности платформы биочипа (микроматрицы), такие какA large number of methods for manufacturing 2D biochips are known, among which methods for stepwise synthesis of in situ oligonucleotides of a given sequence on the surface of a biochip platform (microarray), such as

- метод фотолитографии,- photolithography method,

Pease А. С., Solas D., Sullivan E.J., Cronin M.T., Holmes C.P. and Fodor S.P.A. 1994. Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis. Proc. Natl. Acad. Sci., 91: 5022-5026;Pease A.S., Solas D., Sullivan E.J., Cronin M.T., Holmes C.P. and Fodor S.P.A. 1994. Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis. Proc. Natl. Acad. Sci., 91: 5022-5026;

Fodor, Stephen, P. A., Stryer, Lubert, Read, Leighton, J., Pirrung and Michael, C. Methods of making nucleic acid or oligonucleotide arrays, US Patent 6600031, July 29, 2003;Fodor, Stephen, P. A., Stryer, Lubert, Read, Leighton, J., Pirrung and Michael, C. Methods of making nucleic acid or oligonucleotide arrays, US Patent 6600031, July 29, 2003;

- метод с использованием инжекторной (ink-jet) технологии,- method using ink-jet technology,

Hughes T.R, Мао М., Jones A.R, Burchard J., Marton M.J., Shannon K.W., Lefkowitz S.M., Ziman М., Schelter J.M., Meyer M.R, Kobayashi S., Davis C., Dai H., He Y.D., Stephaniants S.B., Cavet G., Walker W.L., West A., Coffey E., Shoemaker D.D., Stoughton R., Blanchard A.P., Friend S.H. and Linsley P.S. 2001. Expression profiling using microarrays fabricated by an ink-jet oligonucleotide synthesizer. Nature Biotechnology, 19: 342-347.Hughes TR, Mao M., Jones AR, Burchard J., Marton MJ, Shannon KW, Lefkowitz SM, Ziman M., Schelter JM, Meyer MR, Kobayashi S., Davis C., Dai H., He YD, Stephaniants SB , Cavet G., Walker WL, West A., Coffey E., Shoemaker DD, Stoughton R., Blanchard AP, Friend SH and Linsley P.S. 2001. Expression profiling using microarrays fabricated by an ink-jet oligonucleotide synthesizer. Nature Biotechnology, 19: 342-347.

В других способах изготовления 2D- и 3D-биочипов, полезных для осуществления настоящего изобретения, синтезированные олигонуклеотиды или их смеси с гелевыми мономерами наносят на модифицированную платформу биочипа с помощью роботов с использованием пинов или пьезоэлектрических распылительных насадокIn other methods for manufacturing 2D and 3D biochips useful for implementing the present invention, the synthesized oligonucleotides or mixtures thereof with gel monomers are applied to a modified biochip platform using robots using pins or piezoelectric spray nozzles

Afanassiev, V., Hanemann, V. and Wölfl, S. 2000. Preparation of DNA and protein micro arrays on glass slides coated with an agarose film. Nucl. Acids Res. 28: ебб;Afanassiev, V., Hanemann, V. and Wölfl, S. 2000. Preparation of DNA and protein micro arrays on glass slides coated with an agarose film. Nucl. Acids Res. 28: ebb;

Kumar, A. and Liang, Z. 2001. Chemical nanoprinting: a novel method for fabricating DNA microchips. Nucl. Acids Res. 29: e2;Kumar, A. and Liang, Z. 2001. Chemical nanoprinting: a novel method for fabricating DNA microchips. Nucl. Acids Res. 29: e2;

Rubina, A.Y., Pan'kov, S.V., Dementieva, E.I., Pen'kov, D.N., Butygin, A.V., Vasiliskov, V.A., Chudinov, A.V., Mikheikin, A.L., Mikhailovich, V.M. and Mirzabekov, A.D. 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production, AnalBiochem, 325: 92-106.Rubina, A.Y., Pan'kov, S.V., Dementieva, E.I., Pen'kov, D.N., Butygin, A.V., Vasiliskov, V.A., Chudinov, A.V., Mikheikin, A.L., Mikhailovich, V.M. and Mirzabekov, A.D. 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production, AnalBiochem, 325: 92-106.

В том случае, когда биочип дополнительно содержит иммобилизованные олигодезоксирибонуклеотиды, они могут быть получены и иммобилизованы на биочипе с использованием принципиально тех же способов, что и олигорибонуклеотиды.In the case where the biochip additionally contains immobilized oligodeoxyribonucleotides, they can be obtained and immobilized on the biochip using essentially the same methods as oligoribonucleotides.

В качестве РНК-связывающихся молекул в рамках настоящего изобретения могут использоваться, без ограничения, молекулы РНК, молекулы ДНК, белки, пептиды, красители, антибиотики, субстраты каталитических молекул РНК (рибозимов), и т.д.As RNA-binding molecules in the framework of the present invention, RNA molecules, DNA molecules, proteins, peptides, dyes, antibiotics, substrates of catalytic RNA molecules (ribozymes), etc. can be used.

Далее настоящее изобретение будет подробно проиллюстрировано со ссылкой на конкретные примеры, представляющие собой наиболее предпочтительные воплощения данного изобретения. При этом должно быть понятно, что изобретение не ограничивается этими описанными воплощениями. Напротив, предполагается, что оно включает любые альтернативы, модификации или эквиваленты, допустимые с учетом сущности и объема изобретения.The present invention will now be illustrated in detail with reference to specific examples, which are the most preferred embodiments of the present invention. It should be understood that the invention is not limited to these described embodiments. On the contrary, it is intended that it includes any alternatives, modifications, or equivalents that are acceptable given the nature and scope of the invention.

Примеры.Examples.

Пример 1. Дизайн РНК/ДНК биочипа, взамодействие флуоресцентно меченного олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR с олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидами, иммобилизованными в гелевых ячейках биочипа.Example 1. The design of the RNA / DNA biochip, the interaction of fluorescently labeled oligonucleotide d (TTCCAT) -TR with oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides immobilized in the gel cells of the biochip.

Синтез олигонуклеотидов.Synthesis of oligonucleotides.

Олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотиды с аминолинкером по 3'-концу были синтезированы в количестве 1 мкмоль на синтезаторе Applied Biosystems 394 DNA/RNA synthesizer (Applied Biosystems, США). Для синтеза олигорибонуклеотидов использовали рибофосфорамидиты, содержащие, в частности, 2'-О-трет-бутилдиметилсилильную защитную группу (tBDMS). Рибофософорамидиты (Рас-А-СЕ Phosphoramidite, iPr-Pac-G-CE Phosphoramidite, U-CE Phosphoramidite, Ac-C-CE Phosphoramidite), дезоксирибофосфорамидиты (dA-CE Phosphoramidite, dmf-dG-CE Phosphoramidite, dT-CE Phosphoramidite, Ac-dC-CE Phosphoramidite), 3'-C(7) аминолинкер и 2М триэтиламмоний ацетат (ТЕАА) были закуплены в Glen Research (США).Oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides with an aminolinker at the 3'-end were synthesized in an amount of 1 μmol using an Applied Biosystems 394 DNA / RNA synthesizer (Applied Biosystems, USA). For the synthesis of oligoribonucleotides, ribophosphoramidites containing, in particular, a 2'-O-tert-butyldimethylsilyl protecting group (tBDMS) were used. Ribofosoforamidites (Ras-A-CE Phosphoramidite, iPr-Pac-G-CE Phosphoramidite, U-CE Phosphoramidite, Ac-C-CE Phosphoramidite), deoxyribophosphoramidites (dA-CE Phosphoramidite, dmf-dG-CE Phosphoramidite, dT-CE Ac-dC-CE Phosphoramidite), 3'-C (7) aminolinker and 2M triethylammonium acetate (TEAA) were purchased from Glen Research (USA).

Защитные группы были удалены с олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидов в соответствии со стандартным протоколом производителя (Glen Research, США). Олигорибонуклеотид r(AUGGAA)* был взят в качестве контроля: все защитные группы с нуклеозидных оснований (аденин, гуанин, цитозин), с фосфатных групп (цианэтильная защитная группа) и с 2'-гидроксильных групп рибозных колец (tBDMS) этого олигорибонуклеотида были удалены непосредственно сразу после синтеза. С остальных олигорибонуклеотидов удалялись все защитные группы, за исключением защитной группы tBDMS, снятие которой не производилось. Все олигонуклеотиды были очищены с помощью обращенной ВЭЖХ на колонке Hypersil ODS (5 мкм, 4,6×250 мм) при 20°С. Олигонуклеотиды были элюированы либо в 0,1 М ТЕАА (рН 7), либо в 0,1 М ТЕАА с градиентом ацетонитрила от 0 до 50% (рН 7,0). Скорость потока составляла 1 мл/мин. Гексадезоксирибонуклеотид d(TTCCAT), используемый для гибридизации с иммобилизованными олигонуклеотидами биочипа, был ковалентно помечен флуоресцентным красителем Texas Red sulfonyl chloride (Molecular Probes, США) в соответствии с протоколом производителя.Protecting groups were removed from oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides in accordance with the manufacturer's standard protocol (Glen Research, USA). Oligoribonucleotide r (AUGGAA) * was taken as a control: all protective groups from nucleoside bases (adenine, guanine, cytosine), from phosphate groups (cyanethyl protective group) and from 2'-hydroxyl groups of ribose rings (tBDMS) of this oligoribonucleotide immediately after synthesis. All protective groups were removed from the remaining oligoribonucleotides, with the exception of the tBDMS protective group, which was not removed. All oligonucleotides were purified using reverse HPLC on a Hypersil ODS column (5 μm, 4.6 × 250 mm) at 20 ° C. Oligonucleotides were eluted either in 0.1 M TEAA (pH 7) or in 0.1 M TEAA with an acetonitrile gradient from 0 to 50% (pH 7.0). The flow rate was 1 ml / min. Hexadeoxyribonucleotide d (TTCCAT) used for hybridization with immobilized biochip oligonucleotides was covalently labeled with Texas Red sulfonyl chloride fluorescent dye (Molecular Probes, USA) according to the manufacturer's protocol.

Концентрации олигонуклеотидов определяли с помощью спектрофотометра Jasco 550 (Jasco, Япония); при расчете концентраций был взят средний коэффициент экстинкции для гексануклеотидов, равный 60000 M-1см-1.Oligonucleotide concentrations were determined using a Jasco 550 spectrophotometer (Jasco, Japan); when calculating the concentrations, the average extinction coefficient for hexanucleotides was taken equal to 60,000 M -1 cm -1 .

Изготовление РНК/ДНК биочипов.Production of RNA / DNA biochips.

Трехмерные гидрогелевые РНК/ДНК биочипы были изготовлены методом сополимеризации по технологии IMAGEChip (Rubina, A.Y., Pan'kov, S.V., Dementieva, E.I., Pen'kov, D.N., Butygin, A.V., Vasiliskov, V.A., Chudinov, A.V., Mikheikin, A.L., Mikhailovich, V.M. and Mirzabekov, A.D. 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production. Anal Biochem, 325: 92-106), предоставлены фирмой Биочип-ИМБ (Россия, web-site: www.biochip.ru) и содержали молекулы РНК и ДНК, иммобилизованные в объеме соответствующих гелевых ячеек, расположенных на гидрофобной поверхности стекла. Олигонуклеотиды были иммобилизованы в гелевых ячейках биочипа в двух концентрациях: 1·10-4M и 2·10-4M. Диаметр трехмерных гелевых ячеек полусферической формы составлял 300 мкм с точностью 10%, объем ячеек составлял 2 нл. Расстояние между соседними ячейками составляло 550 мкм.Three-dimensional hydrogel RNA / DNA biochips were prepared by copolymerization using IMAGEChip technology (Rubina, AY, Pan'kov, SV, Dementieva, EI, Pen'kov, DN, Butygin, AV, Vasiliskov, VA, Chudinov, AV, Mikheikin, AL, Mikhailovich, VM and Mirzabekov, AD 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production. Anal Biochem, 325: 92-106), provided by Biochip-IMB (Russia, website: www.biochip .ru) and contained RNA and DNA molecules immobilized in the volume of the corresponding gel cells located on the hydrophobic surface of the glass. The oligonucleotides were immobilized in the gel cells of the biochip in two concentrations: 1 × 10 -4 M and 2 × 10 -4 M. The diameter of the three-dimensional hemispherical gel cells was 300 μm with an accuracy of 10%, the cell volume was 2 nl. The distance between adjacent cells was 550 μm.

Удаление защитных групп tBDMS с олигорибонуклеотидов биочипа.Removal of tBDMS protecting groups from biochip oligoribonucleotides.

Защитные группы tBDMS удалялись с олигорибонуклеотидов на биочипе, непосредственно перед его использованием, в камере объемом 40 мкл, содержащей раствор 0,01М-3М тетрабутиламмоний фторида (TBAF), в течение 2-48 часов при температуре 0-60°С.The tBDMS protective groups were removed from the oligoribonucleotides on the biochip, immediately before its use, in a 40 μl chamber containing a solution of 0.01 M-3M tetrabutylammonium fluoride (TBAF), for 2-48 hours at a temperature of 0-60 ° C.

Гибридизация.Hybridization.

Гибридизация олигонуклеотида 5'-TTCCAT-TR в концентрации 4·10-5 М с олигонуклеотидами биочипа и последующая диссоциация дуплексных комплексов проводились в стерильном буфере, содержащем 1 М NaCl, 10 мМ Na-фосфатный буфер (рН 7,0), 1 мМ ЭДТА, 0,1% (об./об.) Tween 20, в камере объемом 40 мкл. Гибридизация проводилась при -5°С в течение 15 мин; в этих условиях флуоресцентные сигналы гелевых ячеек достигали насыщения. Флуоресцентные сигналы гибридизации флуоресцентно меченного олигонуклеотида, кривые температурной диссоциации и ассоциации регистрировались с помощью исследовательского анализатора изображений биочипов (Fotin, A.V., Drobyshev, A.L., Proudnikov, D.Y., Perov, A.N. and Mirzabekov, A.D. 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligodeoxyribonucleotide microchips. Nucleic Acids Res. 26: 1515-1521).Hybridization of 5'-TTCCAT-TR oligonucleotide at a concentration of 4 · 10 -5 M with biochip oligonucleotides and subsequent dissociation of duplex complexes were carried out in sterile buffer containing 1 M NaCl, 10 mM Na-phosphate buffer (pH 7.0), 1 mM EDTA , 0.1% (v / v) Tween 20, in a 40 μl chamber. Hybridization was carried out at -5 ° C for 15 min; under these conditions, the fluorescent signals of the gel cells reached saturation. Fluorescence hybridization signals of a fluorescently labeled oligonucleotide, temperature dissociation curves, and associations were recorded using a biochip imaging analyzer (Fotin, AV, Drobyshev, AL, Proudnikov, DY, Perov, AN and Mirzabekov, AD 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligode. Nucleic Acids Res. 26: 1515-1521).

На Фиг.1А показана схема расположения ячеек РНК/ДНК биочипа. РНК/ДНК биочип представляет собой нанесенную на гидрофобную поверхность стекла матрицу трехмерных гидрогелевых ячеек полусферической формы с иммобилизованными в двух концентрациях олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидами: гексарибонуклеотидом r(AUGGAA), гексарибонуклеотидами с заменами по одному или двум основаниям r(AUGAAA), r(AUAGAA), r(AUAAAA) (положение замен подчеркнуто) и гексадезоксирибонуклеотидами эквиваленной последовательности: d(ATGGAA), d(ATGAAA), d(ATAGAA), d(ATAAAA). Олигодезоксирибонуклеотиды были нанесены на биочип для последующего сравнения термодинамики ДНК дуплексов и РНК/ДНК гибридов на одном биочипе. Иммобилизованные гексарибонуклеотиды содержали защитную группу tBDMS по всем 2'-O-положениям. Защитные группы tBDMS удалялись с олигорибонуклеотидов прямо на биочипе, непосредственно перед его использованием. Гексарибонуклеотид r(AUGGAA)*, отмеченный в тексте звездочкой, был иммобилизован на биочипе в качестве контроля. Этот олигорибонуклеотид был синтезирован идентично олигорибонуклеотиду r(AUGGAA), но все его защитные группы, включая защитную группу tBDMS, были удалены непосредственно сразу после его синтеза, до очистки и иммобилизации в гелевых ячейках биочипа (см. выше).On figa shows the layout of RNA / DNA cells of the biochip. RNA / DNA biochip is applied to the hydrophobic surface of glass matrix of three-dimensional hydrogel cells hemispherical shape with immobilized at two concentrations oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides: geksaribonukleotidom r (AUGGAA), geksaribonukleotidami with substitutions in one or two bases r (AUG A AA), r ( AU A GAA), r (AU AA AA) (the position of substitutions is underlined) and hexadeoxyribonucleotides of the equivalent sequence: d (ATGGAA), d (ATG A AA), d (AT A GAA), d (AT AA AA). Oligodeoxyribonucleotides were applied to the biochip for subsequent comparison of the thermodynamics of DNA duplexes and RNA / DNA hybrids on one biochip. The immobilized hexaribonucleotides contained a tBDMS protecting group at all 2'-O positions. The tBDMS protecting groups were removed from oligoribonucleotides directly on the biochip, immediately before its use. Hexaribonucleotide r (AUGGAA) * marked with an asterisk in the text was immobilized on the biochip as a control. This oligoribonucleotide was synthesized identically to oligoribonucleotide r (AUGGAA), but all its protective groups, including the tBDMS protective group, were removed immediately after its synthesis, before purification and immobilization in the gel cells of the biochip (see above).

На Фиг.1Б показана картина флуоресценции ячеек РНК/ДНК биочипа, который вначале был подвергнут процедуре удаления химических защитных групп tBDMS, а затем на его поверхность был нанесен раствор с флуоресцентно меченным гексадезоксирибонуклеотидом d(TTCCAT)-TR. Как видно по флуоресцентным сигналам ячеек, олигонуклеотид d(TTCCAT)-TR образует совершенные и несовершенные дуплексы с олигонуклеотидами, иммобилизованными в объеме гелевых ячеек биочипа. Наибольшие сигналы наблюдаются в случае совершенных дуплексов, менее интенсивные сигналы видны в случае однократных мисматчей. Видно, что связывание практически не происходит в случае двукратных мисматчей, а также то, что гибридизуемый олигонуклеотид не накапливается в ячейках с пустым гелем.Figure 1B shows the fluorescence pattern of RNA / DNA cells of the biochip, which was first subjected to the procedure of removing the chemical protective groups of tBDMS, and then a solution with fluorescently labeled hexadeoxyribonucleotide d (TTCCAT) -TR was applied to its surface. As can be seen from the fluorescence signals of the cells, the oligonucleotide d (TTCCAT) -TR forms perfect and imperfect duplexes with oligonucleotides immobilized in the volume of the gel cells of the biochip. The largest signals are observed in the case of perfect duplexes, less intense signals are visible in the case of single mismatches. It is seen that binding practically does not occur in the case of double mismatches, as well as the fact that the hybridizable oligonucleotide does not accumulate in cells with an empty gel.

Интенсивность флуоресцентных сигналов совершенных РНК/ДНК гибридных дуплексов и совершенного ДНК дуплекса, образованных в соответствующих гелевых ячейках с одинаковыми концентрациями олигонуклеотидов r(AUGGAA), r(AUGGAA)* и d(ATGGAA), примерно одинаковы, что говорит об одинаковой степени иммобилизации олигорибо- и олигодезоксирибонуклеотидов. На Фиг.1Б наблюдается также зависимость флуоресцентного сигнала от концентрации иммобилизованных олигонуклеотидов.The intensity of fluorescence signals of perfect RNA / DNA hybrid duplexes and perfect DNA duplex formed in the corresponding gel cells with the same oligonucleotide concentrations r (AUGGAA), r (AUGGAA) * and d (ATGGAA) are approximately the same, which indicates the same degree of immobilization of oligoribo- and oligodeoxyribonucleotides. 1B, a fluorescence signal is also dependent on the concentration of immobilized oligonucleotides.

Пример 2. Взаимодействие рибонуклеазы биназы с олигорибонуклеотидами, иммобилизованными в гелевых ячейках биочипа, и последующая гибридизация флуоресцентно меченного олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR.Example 2. The interaction of binase ribonuclease with oligoribonucleotides immobilized in the gel cells of the biochip, and the subsequent hybridization of fluorescently labeled oligonucleotide d (TTCCAT) -TR.

Олигонуклеотиды, иммобилизованные в гелевых ячейках биочипа, были протестированы на способность быть разрушенными рибонуклеазой биназой, которая, как известно, катализирует гидролиз РНК. Биназа - внеклеточная рибонуклеаза бактерии Bacillus intermedius, штамм 7Р (Яковлев, Г.И., Чепурнова Н.К., Моисеев, Г.П., Бочаров, А.Л. и Лопатнев, С.В. 1987. Специфичность РНКазы Bacillus intermedius 7P в реакциях расщепления полинуклеотидов. Биоорганическая химия, 13: 338-343; Okorokov, A.L., Panov, K.I., Kolbanovskaya, E.Yu., Karpeisky, M.Ya., Polyakov, K.M., Wilkinson, A.J. and Dodson, G.G. 1996. Site-directed mutagenesis of the base recognition loop ofribonuclease from. Bacillus intermedius (binase). FEBS Lett. 384: 143-146).Oligonucleotides immobilized in the gel cells of the biochip were tested for their ability to be destroyed by ribonuclease binase, which is known to catalyze RNA hydrolysis. Binase - extracellular ribonuclease of the bacterium Bacillus intermedius, strain 7P (Yakovlev, GI, Chepurnova NK, Moiseev, GP, Bocharov, AL and Lopatnev, SV 1987. Specificity of Bacillus intermedius RNase 7P in polynucleotide cleavage reactions Bioorganic chemistry 13: 338-343; Okorokov, AL, Panov, KI, Kolbanovskaya, E.Yu., Karpeisky, M.Ya., Polyakov, KM, Wilkinson, AJ and Dodson, GG 1996. Site-directed mutagenesis of the base recognition loop ofribonuclease from. Bacillus intermedius (binase. FEBS Lett. 384: 143-146).

Вначале РНК/ДНК биочип был подвергнут процедуре удаления химических защитных групп tBDMS (см. Пример 1), затем биочип был отмыт в стерильной воде, после чего биочип был обработан раствором рибонуклеазы биназы при комнатной температуре (20°С) в течение двух часов. Для этого на поверхность биочипа была нанесена капля объемом 50 мкл, представляющая собой раствор фермента биназы (2·10-5 М) в буфере, содержащем 0,1 М NaCl, 50 мМ Tris HCl, 1 мМ ЭДТА, рН 6,5. Концентрация фермента была измерена на спектрофотометре Jasco V-550 (Jasco, Япония); коэффициент экстинкции биназы был взят равным 27400 М-1см-1 при длине волны 280 нм (Schulga, A., Kurbanov, F., Kirpichnikov, М., Protasevich, I., Lobachov, V., Ranjbar, В., Chekhov, V., Polyakov, K., Engelborghs, Y. and Makarov, A. 1998. Comparative study of binase and barnase: experience in chimeric ribonucleases. Protein Eng. 11: 775-782). После инкубирования с биназой биочип был отмыт в стерильной воде, а затем на его поверхность был нанесен раствор с флуоресцентно меченным олигонуклеотидом d(TTCCAT)-TR (см. Пример 1) для проверки результата действия биназы. Результат гибридизации представлен на Фиг.2.First, the RNA / DNA biochip was subjected to the procedure of removing the chemical protective groups of tBDMS (see Example 1), then the biochip was washed in sterile water, after which the biochip was treated with a binase ribonuclease solution at room temperature (20 ° C) for two hours. For this, a drop of 50 μl was applied to the surface of the biochip, which is a solution of the binase enzyme (2 × 10 -5 M) in a buffer containing 0.1 M NaCl, 50 mM Tris HCl, 1 mM EDTA, pH 6.5. The enzyme concentration was measured on a Jasco V-550 spectrophotometer (Jasco, Japan); the binase extinction coefficient was taken equal to 27400 M -1 cm -1 at a wavelength of 280 nm (Schulga, A., Kurbanov, F., Kirpichnikov, M., Protasevich, I., Lobachov, V., Ranjbar, V., Chekhov , V., Polyakov, K., Engelborghs, Y. and Makarov, A. 1998. Comparative study of binase and barnase: experience in chimeric ribonucleases. Protein Eng. 11: 775-782). After incubation with binase, the biochip was washed in sterile water, and then a solution with a fluorescently labeled d (TTCCAT) -TR oligonucleotide (see Example 1) was applied to its surface to verify the effect of the binase. The hybridization result is shown in FIG. 2.

Как видно из Фиг.2, в РНК-содержащих гелевых ячейках РНК/ДНК гибридные дуплексы не образовались, что свидетельствует о том, что биназа разрушила олигорибонуклеотиды, иммобилизованные в ячейках биочипа. Интенсивность флуоресценции этих гелевых ячеек сравнима с интенсивностью флуоресценции гелевых ячеек, содержащих пустой гель. Из Фиг.2 также следует, что фермент не повлиял на иммобилизованные олигодезоксирибонуклеотиды, поскольку ДНК дуплексы образовались в соответствующих ячейках в той же мере, как и в случае, представленном на Фиг.1Б. Для этого достаточно сравнить интенсивность флуоресценции ячеек, содержащих совершенный ДНК дуплекс d(ATGGAA)/d(TTCCAT)-TR, а также однократный мисматч d(ATGAAA)/d(TTCCAT)-TR на обеих фигурах.As can be seen from Figure 2, in the RNA-containing gel cells of RNA / DNA, hybrid duplexes were not formed, which indicates that the binase destroyed oligoribonucleotides immobilized in the cells of the biochip. The fluorescence intensity of these gel cells is comparable to the fluorescence intensity of gel cells containing an empty gel. From Fig.2 it also follows that the enzyme did not affect the immobilized oligodeoxyribonucleotides, since DNA duplexes were formed in the corresponding cells to the same extent as in the case shown in Fig.1B. To do this, it is sufficient to compare the fluorescence intensity of cells containing perfect d duplex DNA (ATGGAA) / d (TTCCAT) -TR, as well as a single mismatch d (AT GA AA) / d (TTCCAT) -TR in both figures.

Таким образом, РНК биочипы, полученные заявленным способом, сохраняют активность иммобилизованных молекул рибонуклеиновой кислоты и могут применяться для исследования взаимодействия белков и низкомолекулярных соединений с РНК.Thus, RNA biochips obtained by the claimed method retain the activity of immobilized ribonucleic acid molecules and can be used to study the interaction of proteins and low molecular weight compounds with RNA.

Пример 3. Термодинамические характеристики РНК/ДНК биочипа: кривые температурной диссоциации ДНК дуплексов и РНК/ДНК гибридных дуплексов на биочипе.Example 3. Thermodynamic characteristics of the RNA / DNA biochip: curves of temperature dissociation of DNA duplexes and RNA / DNA hybrid duplexes on the biochip.

Измерение кривых температурной диссоциации.Measurement of temperature dissociation curves.

Температурную диссоциацию олигонуклеотидных дуплексов в ячейках биочипа проводили при постепенном увеличении скорости повышения температуры: 1°С/10 мин при низких температурах (от -5 до 15°С), 1°С/7 мин в среднем интервале температур (от 15 до 40°С) и 1°С/2 мин при высоких температурах (от 40 до 60°С). Кривые ассоциации измеряли в тех же интервалах температур, с теми же скоростями (в данном случае при уменьшении температуры) сразу после диссоциации, начиная с 60°С.The temperature dissociation of oligonucleotide duplexes in the biochip cells was carried out with a gradual increase in the rate of temperature increase: 1 ° C / 10 min at low temperatures (from -5 to 15 ° C), 1 ° C / 7 min in the average temperature range (from 15 to 40 ° C) and 1 ° C / 2 min at high temperatures (from 40 to 60 ° C). Association curves were measured in the same temperature ranges, with the same rates (in this case, with decreasing temperature) immediately after dissociation, starting at 60 ° C.

Изображения обрабатывались с помощью прецизионной компьютерной программы (OOO Биочип-ИМБ, Россия) по алгоритму, описанному ранее (Fotin, A.V., Drobyshev, A.L., Proudnikov, D.Y., Perov, A.N. and Mirzabekov, A.D. 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligodeoxyribonucleotide microchips. Nucleic Acids Res. 26; 1515-1521) с одним изменением: квадратная рамка вокруг изображения гелевой ячейки биочипа в данном примере была заменена на круглую.Images were processed using a precision computer program (Biochip-IMB LLC, Russia) according to the algorithm described earlier (Fotin, AV, Drobyshev, AL, Proudnikov, DY, Perov, AN and Mirzabekov, AD 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligodeoxyribonucleotide microchips Nucleic Acids Res. 26; 1515-1521) with one change: the square frame around the gel cell image of the biochip in this example was replaced with a round one.

Температура диссоциации дуплексов определялась по соответствующим зависимостям как температура, при которой в ячейке биочипа происходит диссоциация половины дуплексов.The dissociation temperature of duplexes was determined from the corresponding dependences as the temperature at which half of the duplexes dissociate in the biochip cell.

Теоретический расчет температур диссоциации коротких РНК/ДНК гибридов и ДНК дуплексов на биочипе.Theoretical calculation of dissociation temperatures of short RNA / DNA hybrids and DNA duplexes on a biochip.

Температуры диссоциации, экспериментально определенные с помощью биочипа, были сопоставлены с соответствующими значениями, рассчитанными для раствора той же ионной силы. В рассмотренных примерах флуоресцентно меченный олигонуклеотид d(TTCCAT)-TR (около 10-9 моль) был гибридизован в избытке по отношению к общему количеству олигонуклеотидов, иммобилизованных в гелевых ячейках биочипа (около 10-12 моль). Поэтому, как описано ранее (Fotin, A.V., Drobyshev, A.L., Proudnikov, D.Y., Perov, A.N. and Mirzabekov, A.D. 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligodeoxyribonucleotide microchips. Nucleic Acids Res. 26: 1515-1521), равновесная константа образования дуплексов К(Т) на биочипе имеет следующее выражение:The dissociation temperatures experimentally determined using a biochip were compared with the corresponding values calculated for a solution of the same ionic strength. In the considered examples, the fluorescently labeled d (TTCCAT) -TR oligonucleotide (about 10 -9 mol) was hybridized in excess with respect to the total amount of oligonucleotides immobilized in the gel cells of the biochip (about 10 -12 mol). Therefore, as previously described (Fotin, AV, Drobyshev, AL, Proudnikov, DY, Perov, AN and Mirzabekov, AD 1998. Parallel thermodynamic analysis of duplexes on oligodeoxyribonucleotide microchips. Nucleic Acids Res. 26: 1515-1521), the equilibrium formation constant duplexes K (T) on the biochip has the following expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т - температура (°К), Ссвяз(Т) - концентрация 5'-TTCCAT-TR, связавшегося с олигонуклеотидами, иммобилизованными в ячейке биочипа, Симмоб - концентрация иммобилизованных олигонуклеотидов и Ссвоб - концентрация гибридизуемого олигонуклеотида 5'-TTCCAT-TR.where T is the temperature (° K), C bond (T) is the concentration of 5'-TTCCAT-TR bound to oligonucleotides immobilized in the biochip cell, C immob is the concentration of immobilized oligonucleotides and C freedom is the concentration of 5'-TTCCAT- hybridizable oligonucleotide TR.

Согласно уравнению Вант Гоффа:According to the Van Goff equation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔН и ΔS - изменения стандартной энтальпии и энтропии, соответственно, R - универсальная газовая постоянная.where ΔН and ΔS are the changes in the standard enthalpy and entropy, respectively, R is the universal gas constant.

Поскольку температура диссоциации дуплексов Тдисс определяется как температура, при которой диссоциирует половина двунитевых комплексов в ячейке биочипа, то при этой температуре Ссвязиммоб/2. Принимая во внимание формулы (1) и (2), температура диссоциации дуплексов на биочипе может быть определена по следующей формуле:Since the dissociation temperature of duplexes T diss is defined as the temperature at which half of the double-stranded complexes in the biochip cell dissociate, then at this temperature C bond = C immob / 2. Taking into account formulas (1) and (2), the dissociation temperature of duplexes on a biochip can be determined by the following formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Экспериментальные значения температур диссоциации, полученные с помощью биочипа для дуплексов длиною в 6 пар оснований, были сопоставлены с соответствующими значениями, рассчитанными по формуле (3). Изменения стандартной энтальпии, АН, и энтропии, AS, рассчитывали по алгоритму «ближайших соседей», используя наборы термодинамических параметров Δh и Δs для динуклеотидных дуплексов в растворе 1 М NaCl, указанные в работах Sugimoto, N., Nakano, S., Katoh, М., Matsumura, A., Nakamuta, H., Ohmichi, Т., Yoneyama, М. and Sasaki, М. 1995. Thermodynamic parameters to predict stability of RNA/DNA hybrid duplexes. Biochemistry. 34: 11211-11216; SantaLucia, J., Jr. 1998. A unified view of polymer, dumbbell and oligonucleotide DNA nearest-neighbor thermodynamics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 1460-1465. Отметим, что данный расчет температур диссоциации дуплексов на биочипе не учитывает влияние полиакриламидного геля на процесс образования и диссоциации дуплексных комплексов.The experimental values of dissociation temperatures obtained using a biochip for duplexes of 6 base pairs in length were compared with the corresponding values calculated by formula (3). Changes in standard enthalpy, AN, and entropy, AS, were calculated using the “nearest neighbors” algorithm using the sets of thermodynamic parameters Δh and Δs for dinucleotide duplexes in a solution of 1 M NaCl, indicated by Sugimoto, N., Nakano, S., Katoh, M., Matsumura, A., Nakamuta, H., Ohmichi, T., Yoneyama, M. and Sasaki, M. 1995. Thermodynamic parameters to predict stability of RNA / DNA hybrid duplexes. Biochemistry. 34: 11211-11216; SantaLucia, J., Jr. 1998. A unified view of polymer, dumbbell and oligonucleotide DNA nearest-neighbor thermodynamics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 1460-1465. Note that this calculation of the dissociation temperatures of duplexes on a biochip does not take into account the effect of polyacrylamide gel on the formation and dissociation of duplex complexes.

Для исследования термодинамических свойств 3D-гидрогелевых РНК/ДНК биочипов на одном биочипе были сняты кривые температурной диссоциации ДНК дуплексов и РНК/ДНК гибридов и определены соответствующие температуры диссоциации. Как видно из Фиг.3А, кривые диссоциации ДНК дуплексов и РНК/ДНК гибридов совпадают с соответствующими кривыми ассоциации, поэтому процесс диссоциации дуплексов на биочипе проводился в равновесных условиях.To study the thermodynamic properties of 3D hydrogel RNA / DNA biochips, the temperature dissociation curves of DNA duplexes and RNA / DNA hybrids were measured on a single biochip and the corresponding dissociation temperatures were determined. As can be seen from Fig. 3A, the dissociation curves of DNA duplexes and RNA / DNA hybrids coincide with the corresponding association curves, therefore, the process of dissociation of duplexes on the biochip was carried out under equilibrium conditions.

На Фиг.3Б показаны кривые диссоциации совершенных ДНК дуплексов и РНК/ДНК гибридов. Отличие РНК/ДНК гибридных дуплексов r(AUGGAA)*/d(TTCCAT)-TR и r(AUGGAA)/d(TTCCAT)-TR заключается в том, что химические защитные группы tBDMS их олигорибонуклеотидов были удалены, соответственно, до и после изготовления РНК/ДНК биочипа. Защитные группы tBDMS были полностью сняты с уже иммобилизованного гексарибонуклеотида r(AUGGAA), прямо на биочипе, непосредственно перед гибридизацией олигонуклеотида d(TTCCAT)-TR. Кривая диссоциации соответствующего гибридного дуплекса r(AUGGAA)/d(TTCCAT)-TR имеет выраженную S-образную форму. Определенное по этой кривой значение температуры диссоциации такого гибридного дуплекса составляет 27°С. Все защитные группы, включая tBDMS, олигорибонуклеотида r(AUGGAA)* были удалены сразу после его синтеза, до иммобилизации олигорибонуклеотида на биочип. Кривая диссоциации гибридного дуплекса r(AUGGAA)*/d(TTCCAT)-TR, имеет менее пологое верхнее плато и более низкую температуру диссоциации, 25°С. Это означает, что при иммобилизации олигорибонуклеотидов в полиакриламидный гель без защитных групп по 2'-O-положениям происходит частичная деградация олигорибонуклеотидных молекул. Частичный распад олигорибонуклеотидов может быть обусловлен жесткими для РНК условиями полимеризации или результатом действия рибонуклеаз. Отметим, что деградация олигорибонуклеотида r(AUGGAA)* в описанном примере не столь существенна: температура диссоциации дуплекса r(AUGGAA)*/d(TTCCAT) всего на 2 градуса ниже, чем температура диссоциации дуплекса r(AUGGAA)/d(TTCCAT)-TR. Однако в случае олигорибонуклеотидов других последовательностей или длин процент разрушенных молекул РНК в гелевой ячейке может оказаться более значительным. Совершенный ДНК дуплекс d(ATGGAA)/d(TTCCAT)-TR оказался, как и следовало ожидать, менее стабильным, чем совершенный РНК/ДНК гибрид. Его температура диссоциации составила 20°С.On Figb shows the dissociation curves of perfect DNA duplexes and RNA / DNA hybrids. The difference between the RNA / DNA hybrid duplexes r (AUGGAA) * / d (TTCCAT) -TR and r (AUGGAA) / d (TTCCAT) -TR lies in the fact that the chemical protective groups tBDMS of their oligoribonucleotides were removed, respectively, before and after manufacture RNA / DNA biochip. The tBDMS protecting groups were completely removed from the already immobilized hexaribonucleotide r (AUGGAA), directly on the biochip, immediately before the hybridization of oligonucleotide d (TTCCAT) -TR. The dissociation curve of the corresponding hybrid duplex r (AUGGAA) / d (TTCCAT) -TR has a pronounced S-shape. The dissociation temperature of such a hybrid duplex determined from this curve is 27 ° C. All protective groups, including tBDMS, oligoribonucleotide r (AUGGAA) * were removed immediately after its synthesis, before the oligoribonucleotide was immobilized on a biochip. The dissociation curve of the hybrid duplex r (AUGGAA) * / d (TTCCAT) -TR has a less gentle upper plateau and a lower dissociation temperature, 25 ° C. This means that upon immobilization of oligoribonucleotides into a polyacrylamide gel without protective groups at the 2'-O positions, partial degradation of oligoribonucleotide molecules occurs. Partial decomposition of oligoribonucleotides may be due to harsh polymerization conditions for RNA or the result of ribonuclease action. Note that the degradation of oligoribonucleotide r (AUGGAA) * in the described example is not so significant: the duplex dissociation temperature r (AUGGAA) * / d (TTCCAT) is only 2 degrees lower than the duplex dissociation temperature r (AUGGAA) / d (TTCCAT) - TR. However, in the case of oligoribonucleotides of other sequences or lengths, the percentage of destroyed RNA molecules in the gel cell may be more significant. Perfect duplex DNA d (ATGGAA) / d (TTCCAT) -TR was, as expected, less stable than perfect RNA / DNA hybrid. Its dissociation temperature was 20 ° C.

Измеренные на биочипе температуры диссоциации РНК/ДНК гибридного и ДНК дуплексов были сопоставлены с теоретическими значениями, рассчитанными по алгоритму «ближайших соседей» (см. выше). Теоретически рассчитанное и измеренное на биочипе (усредненное по десяти экспериментам) значения температуры диссоциации РНК/ДНК гибридного дуплекса r(AUGGAA)/d(TTCCAT) составили, соответственно, (25,7±0,7)°С и (26,9±0,6)°С. Для ДНК дуплекса d(ATGGAA)/d(TTCCAT) эти величины составили, соответственно, (22,0±1,0)°С и (20,4±0,7)°С. Таким образом, отличие теоретических и экспериментальных значений температуры диссоциации дуплексов на биочипе находится в пределах ошибки измерения. Отметим, что при теоретическом расчете влияние полиакриламидного геля на образование дуплексов не учитывалось.The RNA / DNA hybrid and DNA duplex dissociation temperatures measured on the biochip were compared with theoretical values calculated using the “nearest neighbors” algorithm (see above). The theoretically calculated and measured on a biochip (averaged over ten experiments) values of the RNA / DNA dissociation temperature of the hybrid duplex r (AUGGAA) / d (TTCCAT) were, respectively, (25.7 ± 0.7) ° С and (26.9 ± 0.6) ° C. For d duplex DNA (ATGGAA) / d (TTCCAT), these values were, respectively, (22.0 ± 1.0) ° С and (20.4 ± 0.7) ° С. Thus, the difference between the theoretical and experimental values of the dissociation temperature of duplexes on the biochip is within the measurement error. Note that in the theoretical calculation, the effect of polyacrylamide gel on the formation of duplexes was not taken into account.

Это означает, что полиакриламидный гель не оказывает существенного влияния на термодинамические параметры, описывающие взаимодействие этих биомолекул. Сходство диссоциации дуплексов ДНК на полимеризационных биочипах и в растворе отмечалось и ранее (Rubina, A.Y., Pan'kov, S.V., Dementieva, E.I., Pen'kov, D.N., Butygin, A.V., Vasiliskov, V.A., Chudinov, A.V., Mikheikin, A.L., Mikhailovich, V.M. and Mirzabekov, A.D. 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production. Anal Biochem, 325: 92-106).This means that the polyacrylamide gel does not significantly affect the thermodynamic parameters that describe the interaction of these biomolecules. Similarity of dissociation of DNA duplexes on polymerization biochips and in solution was noted earlier (Rubina, AY, Pan'kov, SV, Dementieva, EI, Pen'kov, DN, Butygin, AV, Vasiliskov, VA, Chudinov, AV, Mikheikin, AL, Mikhailovich, VM and Mirzabekov, AD 2004. Hydrogel drop microchips with immobilized DNA: properties and methods for large-scale production. Anal Biochem, 325: 92-106).

Все патентные документы, публикации, научные статьи и другие документы и материалы, цитируемые или упоминаемые здесь, включены в настоящее описание путем отсылки в такой степени, как если бы каждый из этих документов был включен путем отсылки индивидуально или приведен здесь в его полном виде.All patent documents, publications, scientific articles, and other documents and materials cited or referenced herein are hereby incorporated by reference to the extent that each of these documents was individually incorporated by reference or is presented in its entirety.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на конкретные воплощения, специалисту в данной области будет понятно, что могут быть произведены различные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема данного изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения.Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, one skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention, which are defined by the appended claims.

Дополнительные экспериментальные данныеAdditional experimental data

Дополнение к Примеру 3.Addition to Example 3.

С целью оценить влияние защитных групп tBDMS на формирование РНК/ДНК дуплекса на Фиг.3Б представленной в первоначально поданных материалах заявки также дополнительно приведена кривая температурной диссоциации дуплекса r(AUGGAA)tBDMS/d(TTCCAT)-TR. Перед измерением этой кривой диссоциации процедура удаления защитных групп не была проведена на микрочипе, и иммобилизованный олигорибонуклеотид r(AUGGAA)tBDMS содержал защитные группы tBDMS по всем 2'-O-положениям. Как видно на Фиг.3Б, кривая диссоциации гибридного дуплекса d(TTCCAT)-TR/r(AUGGAA)tBDMS не имеет верхнего плато, а температура плавления такого дуплекса составляет менее -5°С. Таким образом, присутствие защитных групп tBDMS на РНК значительно дестабилизирует РНК/ДНК гибрид, а процедура удаления защитных групп с иммобилизованных олигорибонуклеотидов является необходимой для регенерации микрочипа и последующего изучения на микрочипе взаимодействий РНК с РНК-связывающимися молекулами.In order to evaluate the effect of tBDMS protective groups on the formation of RNA / DNA duplex, Fig. 3B of the application filed in the originally filed application also additionally shows the temperature dissociation curve of the r (AUGGAA) tBDMS / d (TTCCAT) -TR duplex. Before measuring this dissociation curve, the deprotection procedure was not performed on the microchip, and the immobilized oligoribonucleotide r (AUGGAA) tBDMS contained tBDMS protecting groups at all 2'-O positions. As can be seen in Fig.3B, the dissociation curve of the hybrid duplex d (TTCCAT) -TR / r (AUGGAA) tBDMS does not have an upper plateau, and the melting point of such a duplex is less than -5 ° C. Thus, the presence of tBDMS protective groups on RNA significantly destabilizes the RNA / DNA hybrid, and the removal of protective groups from immobilized oligoribonucleotides is necessary for the regeneration of the microchip and subsequent study of the interactions of RNA with RNA-binding molecules on the microchip.

Следует отметить, что эффективность снятия защитных групп с иммобилизованной на микрочипе РНК составляет 100%. После процедуры снятия защитных групп на микрочипе температура диссоциации дуплекса r(AUGGAA)/d(TTCCAT)-TR (с r(AUGGAA) защитные группы снимались во время этой процедуры) оказалась выше, чем температура диссоциации дуплекса r(AUGGAA)*/d(TTCCAT)-TR (иммобилизованный r(AUGGAA)* не содержал защитных групп), и совпала с теоретически рассчитанным значением. Также отметим, что чем короче олигонуклеотиды, тем больше чувствительность кривой диссоциации дуплекса к наличию в олигонуклеотиде модификации/деградации. Например, сложно отличить кривые диссоциации для дуплексов длиной 39 и 40 пар оснований, а кривые диссоциации дуплексов длиной 5 и 6 пар значительно отличаются. И если хотя бы одна защитная группа оставалась на r(AUGGAA) после проведения на микрочипе процедуры снятия защитных групп, то это значительно повлияло бы на кривую температурной диссоциации дуплекса r(AUGGAA)/d(TTCCAT)-TR.It should be noted that the efficiency of removing protective groups with RNA immobilized on a microchip is 100%. After the deprotection procedure on the microchip, the duplex dissociation temperature r (AUGGAA) / d (TTCCAT) -TR (with r (AUGGAA) the protective groups were removed during this procedure) turned out to be higher than the duplex dissociation temperature r (AUGGAA) * / d ( TTCCAT) -TR (immobilized r (AUGGAA) * did not contain protective groups), and coincided with the theoretically calculated value. We also note that the shorter the oligonucleotides, the greater the sensitivity of the duplex dissociation curve to the presence of modification / degradation in the oligonucleotide. For example, it is difficult to distinguish the dissociation curves for duplexes 39 and 40 base pairs long, and the dissociation curves of duplexes 5 and 6 base pairs in length are significantly different. And if at least one protective group remained on r (AUGGAA) after the removal of protective groups on the microchip, then this would significantly affect the temperature dissociation curve of the r (AUGGAA) / d (TTCCAT) -TR duplex.

Пример 4. РНК-ДНК биочип, действие рибонуклеазы биназы на не защищенные по 2'-O-положениям РНК последовательности в сравнении с действием этого фермента на РНК последовательности, содержащие tBDMS защитные группы по 2'-О-положениям.Example 4. RNA-DNA biochip, the effect of binase ribonuclease on unprotected at the 2'-O-positions of the RNA sequence in comparison with the action of this enzyme on RNA sequences containing tBDMS protective groups at the 2'-O-positions.

Синтез олигонуклеотидов.Synthesis of oligonucleotides.

РНК-ДНК олигонуклеотиды с аминолинкером по 3'-концу были синтезированы по той же методике, которая указана в Примере 1, приведенном в первоначально поданном описании заявки.RNA-DNA oligonucleotides with an aminolinker at the 3'-end were synthesized according to the same procedure as described in Example 1 given in the originally filed application description.

Все защитные группы с азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин), с фосфатных групп (пианэтильная защитная группа) и с 2'-гидроксильных групп рибозных колец (tBDMS) 40-нуклеотидной РНК-вставки 56-мерной РНК-ДНК d(CAGGGAAA)r(GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG)*d(A AAGGGAC) были удалены непосредственно сразу после синтеза. С 40-нуклеотидной РНК-вставки 56-мерной РНК-ДНК d(CAGGGAAA)r(GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG)tBDMS d(AAAGGGAC) удалялись все защитные группы, за исключением защитной группы tBDMS, снятие которой не производилось. Олигонуклеотиды были очищены по методике, указанной в Примере 1. Октадезоксирибонуклеотид d(TTTCCCTG)-TR, используемый для гибридизации с иммобилизованными олигонуклеотидами биочипа, был ковалентно помечен флуоресцентным красителем Texas Red sulfonyl chloride (Molecular Probes, США) в соответствии с протоколом производителя.All protective groups from nitrogen bases (adenine, guanine, cytosine), from phosphate groups (pianethyl protective group) and from 2'-hydroxyl groups of ribose rings (tBDMS) of the 40-nucleotide RNA insert of 56-dimensional d DNA RNA (CAGGGAAA) r (GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG) * d (A AAGGGAC) were removed immediately after synthesis. From the 40-nucleotide RNA insert of the 56-dimensional RNA DNA d (CAGGGAAA) r (GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG) tBDMS d (AAAGGGAC) all protective groups were removed, except for the protective group tBDMS, which was not removed. The oligonucleotides were purified according to the procedure described in Example 1. The octadeoxyribonucleotide d (TTTCCCTG) -TR, used for hybridization with immobilized biochip oligonucleotides, was covalently labeled with fluorescent dye Texas Red sulfonyl chloride (Molecular Probes, United States) according to the protocol.

Концентрации олигонуклеотидов определяли с помощью спектрофотометра Jasco 550 (Jasco, Япония); при расчете концентраций был взят средний коэффициент экстинкции для одного РНК или ДНК нуклеотида, равный 10000 М-1см-1.Oligonucleotide concentrations were determined using a Jasco 550 spectrophotometer (Jasco, Japan); when calculating the concentrations, the average extinction coefficient for one RNA or nucleotide DNA was taken equal to 10,000 M -1 cm -1 .

Изготовление РНК-ДНК биочипов.Production of RNA-DNA biochips.

Трехмерные гидрогелевые РНК-ДНК биочипы были изготовлены. способом, указанным в Примере 1. Олигонуклеотиды были иммобилизованы в гелевых ячейках биочипа в концентрации 0,5·10-5 М.Three-dimensional hydrogel RNA-DNA biochips were fabricated. the method specified in Example 1. Oligonucleotides were immobilized in the gel cells of the biochip at a concentration of 0.5 · 10 -5 M.

Гибридизация.Hybridization.

Гибридизацию олигонуклеотида d(TTTCCCTG)-TR в концентрации. 4-10-5 М с олигонуклеотидами биочипа проводили в стерильном буфере А (см. Пример 1), в камере объемом 40 мкл. Гибридизацию проводили при 0°С в течение 30 мин; в этих условиях флуоресцентные сигналы гелевых ячеек достигали насыщения. Флуоресцентные сигналы гибридизации флуоресцентно меченного олигонуклеотида регистрировали по методике, указанной в Примере 1.Hybridization of oligonucleotide d (TTTCCCTG) -TR in concentration. 4-10 -5 M with biochip oligonucleotides was carried out in sterile buffer A (see Example 1), in a chamber with a volume of 40 μl. Hybridization was carried out at 0 ° C for 30 min; under these conditions, the fluorescent signals of the gel cells reached saturation. Fluorescent hybridization signals of a fluorescently labeled oligonucleotide were recorded according to the procedure described in Example 1.

РНК-ДНК олигонуклеотидыRNA DNA oligonucleotides

d(CAGGGAAA)r(GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG)*d(AAAGGGAC)-гель (1) иd (CAGGGAAA) r (GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG) * d (AAAGGGAC) gel (1) and

d(CAGGGAAA)r(GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG)tBDMS d(AAAGGGAC)-гель (2),d (CAGGGAAA) r (GAGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCGGGUAUAUGUGCAG) tBDMS d (AAAGGGAC) gel (2),

иммобилизованные в гидрогелевых ячейках биочипа, имели одинаковую последовательность. 40-нуклеотидная РНК-вставка иммобилизованного олигонуклеотида (2) содержала защитные группы tBDMS по всем 2'-О-положениям, а 40-нуклеотидная РНК-вставка иммобилизованного олигонуклеотида (1) не содержала защитных групп. 40-нуклеотидные РНК-последовательности образовывали двунитевые структуры - шпильки, а концевые дезокси-участки находились в однонитевой форме, согласно расчетам (Zuker, М. 2003. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. Nucleic Acids.Ray. 31: 3406-3415).immobilized in hydrogel cells of the biochip, had the same sequence. The 40-nucleotide RNA insert of the immobilized oligonucleotide (2) contained tBDMS protective groups at all 2'-O positions, and the 40-nucleotide RNA insert of the immobilized oligonucleotide (1) did not contain protective groups. The 40-nucleotide RNA sequences formed double-stranded structures - hairpins, and the terminal deoxy sites were in single-stranded form, according to the calculations (Zuker, M. 2003. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. Nucleic Acids.Ray. 31: 3406 -3415).

На Фиг.4А показана картина флуоресценции ячеек РНК-ДНК биочипа, который был инкубирован с раствором флуоресцентно меченного октадезоксирибонуклеотида d(TTTCCCTG)-TR. Олигонуклеотид d(TTTCCCTG)-TR комплементарен 5'-терминирующему октадезоксинуклеотидному участку, d(CAGGGAAA), иммобилизованных олигонуклеотидов. Образование дуплекса d(CAGGGAAA)/d(TTTCCCTG)-TR зависит от целостности 40-нуклеотидной РНК последовательности. Интенсивности флуоресценции ячеек 16 и 26 одинаковы, что говорит об отсутствии видимой деградации незащищенного олигонуклеотида (1) во время производства РНК-ДНК биочипа и его хранения.FIG. 4A shows a fluorescence pattern of RNA-DNA cells of a biochip that was incubated with a fluorescently labeled octadeoxyribonucleotide d (TTTCCCTG) -TR solution. Oligonucleotide d (TTTCCCTG) -TR is complementary to the 5'-terminating octadeoxynucleotide region, d (CAGGGAAA) of immobilized oligonucleotides. The formation of the d duplex (CAGGGAAA) / d (TTTCCCTG) -TR depends on the integrity of the 40 nucleotide RNA sequence. The fluorescence intensities of cells 16 and 26 are the same, which indicates the absence of visible degradation of the unprotected oligonucleotide (1) during the production of RNA-DNA biochip and its storage.

Другой РНК-ДНК биочип был вначале обработан раствором рибонуклеазы биназы при комнатной температуре (20°С) в течение 4 часов. Для этого на поверхность биочипа была нанесена капля объемом 50 мкл, представляющая собой раствор фермента биназы (4·10-5 М) в буфере Б. Затем биочип инкубировали с раствором флуоресцентно меченного октадезоксирибонуклеотида d(TTTCCCTG)-TR. На Фиг.4Б показана картина флуоресценции ячеек РНК-ДНК биочипа. Интенсивности флуоресценции ячеек показывают, что фермент значительно разрушил незащищенную 40-нуклеотидную РНК (гелевая ячейка 26, Фиг.4Б) по сравнению с 40-нуклеотидной РНК, содержащей защитные группы tBDMS (гелевая ячейка 16, Фиг.4Б). Таким образом, рибонуклеаза не проявляет биологической активности в отношении РНК последовательности, содержащей защитные группы по 2'-O- положениям, в то время как нативная РНК доступна для действия фермента (см. так же Пример 2, представленный в первоначально поданном описании заявки).Another RNA-DNA biochip was initially treated with binase ribonuclease solution at room temperature (20 ° C) for 4 hours. For this, a drop of 50 μl was applied to the surface of the biochip, which is a solution of binase enzyme (4 × 10 -5 M) in buffer B. Then, the biochip was incubated with a solution of fluorescently labeled octadeoxyribonucleotide d (TTTCCCTG) -TR. FIG. 4B shows a fluorescence pattern of RNA-DNA biochip cells. Cell fluorescence intensities indicate that the enzyme significantly destroyed unprotected 40-nucleotide RNA (gel cell 26, FIG. 4B) compared to 40-nucleotide RNA containing tBDMS protective groups (gel cell 16, FIG. 4B). Thus, ribonuclease does not exhibit biological activity with respect to the RNA sequence containing protective groups at the 2'-O positions, while native RNA is accessible for the action of the enzyme (see also Example 2 presented in the original application description).

Claims (11)

1. Биологический микрочип (биочип), предназначенный для получения биочипа для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, представляющий собой подложку, содержащую иммобилизованные на ней олигорибонуклеотиды, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, по одному из 2'-0-положений олигорибонуклеотидов ковалентно присоединены химические защитные группы на основе кремния, предотвращающие образование 2',3'-циклофосфата.1. A biological microchip (biochip) designed to produce a biochip for analysis of the interaction of RNA with RNA-binding molecules, which is a substrate containing oligoribonucleotides immobilized on it, characterized in that at least one of the 2'-0 positions oligoribonucleotides covalently attached chemical protective groups based on silicon, preventing the formation of 2 ', 3'-cyclophosphate. 2. Биочип по п.1, в котором подложка дополнительно содержит иммобилизованные на ней олигодезоксирибонуклеотиды.2. The biochip according to claim 1, wherein the substrate further comprises oligodeoxyribonucleotides immobilized thereon. 3. Биочип по п.1, в котором в качестве химической защитной группы по 2'-O-положениям иммобилизованных олигорибонуклеотидов используют трет-бутилдиметилсилильную защитную группу.3. The biochip according to claim 1, wherein a tert-butyldimethylsilyl protective group is used as the chemical protective group at the 2'-O positions of the immobilized oligoribonucleotides. 4. Биочип по п.1, в котором в качестве химической защитной группы по 2'-O-положениям иммобилизованных олигорибонуклеотидов используют триизопропилсилилоксиметильную защитную группу.4. The biochip according to claim 1, wherein a triisopropylsilyloxymethyl protecting group is used as the chemical protective group at the 2'-O positions of the immobilized oligoribonucleotides. 5. Биочип по любому из п.1 или 2, в котором олигорибонуклеотиды с защитными группами по 2'-O-положениям иммобилизованы методом сополимеризации в объеме трехмерных гидрогелевых ячеек, расположенных регулярным образом на подложке биочипа.5. A biochip according to any one of claims 1 or 2, in which oligoribonucleotides with protective groups at 2'-O positions are immobilized by copolymerization in a volume of three-dimensional hydrogel cells arranged regularly on a biochip substrate. 6. Способ удаления химических защитных групп по 2'-O-положениям олигорибонуклеотидов, иммобилизованных на биочипе, охарактеризованном в любом из пп.1-5, проводимый прямо на биочипе непосредственно перед его использованием, включающий инкубацию биочипа с раствором для удаления химических защитных групп в течение времени, достаточного для удаления химических защитных групп.6. A method for removing chemical protective groups at the 2'-O positions of oligoribonucleotides immobilized on a biochip, characterized in any one of claims 1-5, carried out directly on the biochip immediately before use, including incubating the biochip with a solution to remove chemical protective groups in the passage of time sufficient to remove chemical protective groups. 7. Способ по п.6, в котором удаление химических защитных групп на основе кремния с иммобилизованных олигорибонуклеотидов на биочипе проводят в растворе 0,01М-3М тетрабутиламмоний фторида (TBAF) в течение 2-48 ч при температуре 0-60°С.7. The method according to claim 6, in which the removal of silicon-based chemical protective groups from immobilized oligoribonucleotides on a biochip is carried out in a solution of 0.01M-3M tetrabutylammonium fluoride (TBAF) for 2-48 hours at a temperature of 0-60 ° C. 8. Способ изготовления биочипа, охарактеризованного в п.1, включающий следующие стадии:
а) обеспечивают олигорибонуклеотиды, содержащие, по меньшей мере, по одному из 2'-O-положений ковалентно присоединенные химические защитные группы на основе кремния, предотвращающие образование 2',3'-циклофосфата;
б) изготавливают биочип путем иммобилизации на подложке биочипа олигорибонуклеотидов, обеспеченных на стадии а).
8. A method of manufacturing a biochip, characterized in claim 1, comprising the following stages:
a) provide oligoribonucleotides containing at least one of the 2'-O-positions of covalently attached silicon protective chemical groups based on silicon, preventing the formation of 2 ', 3'-cyclophosphate;
b) a biochip is made by immobilizing on the substrate of the biochip the oligoribonucleotides provided in stage a).
9. Способ по п.8, дополнительно включающий обеспечение олигодезоксирибонуклеотидов и их иммобилизацию на подложке биочипа.9. The method of claim 8, further comprising providing oligodeoxyribonucleotides and immobilizing them on a biochip substrate. 10. Способ по п.8, в котором иммобилизацию проводят методом сополимеризации в объеме трехмерных гидрогелевых ячеек, расположенных регулярным образом на подложке биочипа.10. The method according to claim 8, in which the immobilization is carried out by copolymerization in the volume of three-dimensional hydrogel cells located regularly on a biochip substrate. 11. Способ анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, предусматривающий:
а) удаление химических защитных групп на основе кремния с олигорибонуклеотидов биочипа, охарактеризованного в любом из пп.1-5, для получения биочипа для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами, причем данную стадию проводят непосредственно перед стадией контактирования РНК-связывающихся молекул с биочипом для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами;
б) контактирование РНК-связывающихся молекул с биочипом для анализа взаимодействия РНК с РНК-связывающимися молекулами.
11. A method for analyzing the interaction of RNA with RNA-binding molecules, comprising:
a) removal of silicon-based chemical protective groups from oligoribonucleotides of the biochip, characterized in any one of claims 1-5, to obtain a biochip for analyzing the interaction of RNA with RNA-binding molecules, this step being carried out immediately before the stage of contacting the RNA-binding molecules with the biochip to analyze the interaction of RNA with RNA-binding molecules;
b) contacting RNA-binding molecules with a biochip to analyze the interaction of RNA with RNA-binding molecules.
RU2006135177/13A 2006-10-04 2006-10-04 Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application RU2353653C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135177/13A RU2353653C2 (en) 2006-10-04 2006-10-04 Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135177/13A RU2353653C2 (en) 2006-10-04 2006-10-04 Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006135177A RU2006135177A (en) 2008-04-10
RU2353653C2 true RU2353653C2 (en) 2009-04-27

Family

ID=41019219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006135177/13A RU2353653C2 (en) 2006-10-04 2006-10-04 Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2353653C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2588816C2 (en) * 2014-01-31 2016-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Молекулярной Биологии Им. В.А. Энгельгардта Российской Академии Наук (Имб Ран) Method and apparatus for analysing interactions of biological molecules on biological microchip based on fluorescence of amino acid residues of tryptophan

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2588816C2 (en) * 2014-01-31 2016-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Молекулярной Биологии Им. В.А. Энгельгардта Российской Академии Наук (Имб Ран) Method and apparatus for analysing interactions of biological molecules on biological microchip based on fluorescence of amino acid residues of tryptophan

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006135177A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102607157B1 (en) De novo synthesized combinatorial nucleic acid libraries
US7183050B2 (en) Gradient resolved information platform
EP1700912B1 (en) Method of detecting target molecule by using aptamer
EP0742837B1 (en) Methods for discovering ligands
Shi et al. A review: Fabrications, detections and applications of peptide nucleic acids (PNAs) microarray
Heise et al. Immobilization of DNA on microarrays
US20030032035A1 (en) Microfluidic device for analyzing nucleic acids and/or proteins, methods of preparation and uses thereof
JP2012500009A (en) A device for the rapid identification of nucleic acids that specifically bind to chemical targets
JP2005519264A (en) Surface modification, linker bonding, and polymerization methods
AU2008207515A1 (en) Oligonucleotide microarray
Almadidy et al. Direct selective detection of genomic DNA from coliform using a fiber optic biosensor
Holden et al. Photolithographic synthesis of high-density DNA and RNA arrays on flexible, transparent, and easily subdivided plastic substrates
JP2005508198A (en) System for detecting biological material in a sample
WO2003052099A2 (en) Methods of parallel gene cloning and analysis
Hogrefe et al. Current challenges in nucleic acid synthesis
Yi et al. Chitosan scaffolds for biomolecular assembly: Coupling nucleic acid probes for detecting hybridization
JP2005520130A (en) Method for complex detection of biological material in a sample
RU2353653C2 (en) Biological mocrochip with immobilised oligoribonucleotides, method of its manufacturing and method of analysing rna interaction with rna-binding molecules with its application
CN101253275A (en) Method for fixing a supercoiled DNA and the use for analysing the dna repair
Behzadi et al. Microarray probe set: Biology, bioinformatics and biophysics
US20030180789A1 (en) Arrays with modified oligonucleotide and polynucleotide compositions
JPWO2003035864A1 (en) Target nucleic acid detection method and nucleic acid probe
Schaudy et al. Nonaqueous Oxidation in DNA Microarray Synthesis Improves the Oligonucleotide Quality and Preserves Surface Integrity on Gold and Indium Tin Oxide Substrates
CA2302827A1 (en) Oligonucleotide and dna de-hybridization on surfaces
Mikheikin et al. An RNA microchip containing immobilized oligoribonucleotides with protective groups at 2′-O-positions

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100212

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111005

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201005