JP7629641B2 - Affinity chromatography based on artificial nucleic acids - Google Patents
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Description
本発明は、人工核酸に基づくアフィニティークロマトグラフィー用充填剤、及び該充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに関する。また本発明は、人工核酸に基づくアフィニティークロマトグラフィー充填剤が充填されたカラムを用いて標的核酸を検出するための方法及びキットに関する。The present invention relates to an affinity chromatography packing material based on an artificial nucleic acid, and an affinity chromatography column packed with the packing material. The present invention also relates to a method and a kit for detecting a target nucleic acid using a column packed with an affinity chromatography packing material based on an artificial nucleic acid.
目的分子を分離・同定するための技術として、結合親和性(アフィニティー)を利用して目的分子を分離するアフィニティークロマトグラフィーがある。例えば、抗原抗体反応、タンパク質とその受容体との結合、核酸の相補的結合などの結合親和性によって目的分子を分離することが行われている。具体的には、目的分子に特異的に結合するリガンドを固定した担体をアフィニティーカラムに充填し、サンプルをアフィニティーカラムに流す。サンプル中に含まれる目的分子はリガンドに結合する一方、その他の分子はアフィニティーカラム内を素通りするため、目的分子とその他の分子とでアフィニティーカラムからの溶出に差が生じる。その差を利用して、目的分子を分離又は同定することが可能である。One technique for separating and identifying target molecules is affinity chromatography, which uses binding affinity to separate target molecules. For example, target molecules can be separated by binding affinity, such as antigen-antibody reactions, binding between proteins and their receptors, and complementary binding of nucleic acids. Specifically, an affinity column is filled with a carrier to which a ligand that specifically binds to the target molecule is immobilized, and a sample is passed through the affinity column. The target molecule contained in the sample binds to the ligand, while other molecules pass through the affinity column, resulting in a difference in elution from the affinity column between the target molecule and other molecules. It is possible to separate or identify the target molecule by utilizing this difference.
一方、人工核酸とは、核酸塩基・糖・リン酸ジエステル部に化学修飾を加えることで水素結合様式や高次構造さらには極性などの物性を変化させた核酸のことである。人工核酸には特定の機能を化学的に導入することができ、天然の核酸にはできないことが可能になる。例えばヌクレアーゼに対する高い耐性機能や微視的な環境に応じた蛍光発光性機能などを有する人工核酸の作製が可能である。そのような人工核酸の例として、ペプチド核酸(PNA)、Locked Nucleic Acid(LNA)、ホスホロチオエート(S-オリゴヌクレオチド、S-オリゴ)、モルフォリノオリゴヌクレオチドなどが知られている。On the other hand, artificial nucleic acids are nucleic acids whose physical properties, such as hydrogen bonding pattern, higher-order structure, and polarity, have been changed by adding chemical modifications to the nucleic acid base, sugar, and phosphate diester moiety. Specific functions can be chemically introduced into artificial nucleic acids, making it possible to achieve functions that are not possible with natural nucleic acids. For example, it is possible to create artificial nucleic acids that have high resistance to nucleases and fluorescent properties that respond to the microscopic environment. Examples of such artificial nucleic acids include peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA), phosphorothioates (S-oligonucleotides, S-oligos), and morpholino oligonucleotides.
例えば、PNAは、リン酸結合ではなくペプチド結合で骨格が形成されている、核酸に類似した構造をもつ化合物である。PNAはDNAとの優れたハイブリダイゼーション親和性を有し、リン酸基による負電荷の反発がなく、塩濃度の影響を受けず、生物学的安定性及び熱耐性が良好であるなどの特性を有する。For example, PNA is a compound with a structure similar to that of nucleic acids, with the backbone formed by peptide bonds instead of phosphate bonds. PNA has excellent hybridization affinity with DNA, is not repulsed by negative charges caused by phosphate groups, is not affected by salt concentration, and has good biological stability and heat resistance.
従来技術において、人工核酸の一種であるPNAをHisタグで担体に固定し、カラムに充填した報告がある(非特許文献1)。この方法は、PNAを使ったアフィニティークロマトグラフィーの可能性を示すものであるが、具体的なターゲット核酸をどのようにして濃縮精製することができたかという実例までは報告されておらず、このアフィニティークロマトグラフィーを使用して実際にターゲットDNAを精製できるか否かは疑義がある。In the prior art, there is a report of immobilizing PNA, a type of artificial nucleic acid, on a carrier with a His tag and packing it into a column (Non-Patent Document 1). This method shows the potential of affinity chromatography using PNA, but no actual examples have been reported of how a specific target nucleic acid could be concentrated and purified, and it is questionable whether target DNA can actually be purified using this affinity chromatography.
本発明は、優れた核酸親和性や安定性を有するアフィニティーカラムを作製し、それを利用して核酸を検出及び同定することを目的とする。 The present invention aims to prepare an affinity column with excellent nucleic acid affinity and stability, and to use it to detect and identify nucleic acids.
前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、本発明者は、リガンドとして人工核酸を含む核酸をペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介して担体に結合させることにより、核酸親和性が温度及びpHによる影響を受けず、保存安定性に優れたアフィニティークロマトグラフィー用充填剤を得ることができるという知見を得、本発明を完成するに至った。As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors discovered that by binding a nucleic acid, including an artificial nucleic acid as a ligand, to a carrier via a peptide bond, a disulfide bond or a linker, it is possible to obtain a filler for affinity chromatography whose nucleic acid affinity is not affected by temperature and pH and which has excellent storage stability, and thus completed the present invention.
例えば、本発明は以下の実施形態を包含する:
[1]担体と、前記担体に固定された核酸リガンドとを備えたアフィニティークロマトグラフィー用充填剤であって、
前記核酸リガンドが、ペプチド核酸(PNA)、ロック核酸(LNA)及びS-オリゴからなる群より選択される少なくとも1つの人工核酸を含み、
前記核酸リガンドが、ペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介した結合により前記担体に固定されている、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[2]前記核酸リガンドがPNAを含む、[1]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[3]前記核酸リガンドが8~30マーである、[1]又は[2]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[4]第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンド、及び第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された担体を含む、[1]~[3]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[5]第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第1の担体と、第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第2の担体とを含む、[1]~[3]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[6]第1の配列と第2の配列とが標的核酸の異なる領域に対して相補的な配列を有する、[4]又は[5]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[7]第1の配列と第2の配列とが1~3塩基異なる配列を有する、[4]又は[5]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[8]前記リンカーが、SMCC、EMCS、LC-SMCC、SM(PEG)2、SIA、Sulfo-SANPAH、MBS、及びエポキシ樹脂硬化剤からなる群より選択される、[1]~[7]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[9]前記担体の表面に複数のリンカーが固定され、
前記複数のリンカーのうち一部に前記核酸リガンドが結合している、[1]~[8]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[10]前記複数のリンカーのうち前記核酸リガンドが結合していないリンカーにキャッピング剤が結合している、[9]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[11]前記担体が、樹脂、多孔質粒子、ゲル、及び磁気ビーズからなる群より選択される、[1]~[10]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。
[12][1]~[11]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラム。
[13]加熱手段を備える、[12]に記載のアフィニティークロマトグラフィー用カラム。
[14]サンプル中の標的核酸を検出又は同定する方法であって、
サンプルを[1]~[11]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに導入する工程、
前記アフィニティークロマトグラフィー用カラムからの溶出に基づいて標的核酸を検出又は同定する工程
を含む方法。
[15]前記アフィニティークロマトグラフィー用充填剤が、標的核酸の一の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された担体を含む、[14]に記載の方法。
[16]前記アフィニティークロマトグラフィー用充填剤が、標的核酸の第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンド、及び標的核酸の第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された担体を含む、[14]に記載の方法。
[17]前記アフィニティークロマトグラフィー用充填剤が、標的核酸の第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第1の担体と、標的核酸の第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第2の担体とを含む、[14]に記載の方法。
[18]第1の配列と第2の配列とが1~3塩基異なる配列を有する、[16]又は[17]に記載の方法。
[19][1]~[11]のいずれかに記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤を含む、サンプル中の標的核酸を検出するためのキット。
For example, the present invention includes the following embodiments:
[1] A packing material for affinity chromatography comprising a carrier and a nucleic acid ligand immobilized on the carrier,
The nucleic acid ligand comprises at least one artificial nucleic acid selected from the group consisting of peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA) and S-oligo;
A packing material for affinity chromatography, wherein the nucleic acid ligand is immobilized on the carrier by a peptide bond, a disulfide bond or a bond via a linker.
[2] The affinity chromatography packing material according to [1], wherein the nucleic acid ligand comprises PNA.
[3] The affinity chromatography packing material according to [1] or [2], wherein the nucleic acid ligand is an 8- to 30-mer.
[4] The affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [3], comprising a carrier having immobilized thereon a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence, and a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence.
[5] The affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [3], comprising a first carrier to which a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence is immobilized, and a second carrier to which a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence is immobilized.
[6] The affinity chromatography packing material according to [4] or [5], wherein the first sequence and the second sequence have sequences complementary to different regions of the target nucleic acid.
[7] The affinity chromatography packing material according to [4] or [5], wherein the first sequence and the second sequence have sequences that differ by 1 to 3 bases.
[8] The affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [7], wherein the linker is selected from the group consisting of SMCC, EMCS, LC-SMCC, SM(PEG)2, SIA, Sulfo-SANPAH, MBS, and an epoxy resin curing agent.
[9] A plurality of linkers are immobilized on the surface of the support,
The affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [8], wherein the nucleic acid ligand is bound to some of the plurality of linkers.
[10] The affinity chromatography packing material according to [9], wherein a capping agent is bound to a linker among the plurality of linkers to which the nucleic acid ligand is not bound.
[11] The affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [10], wherein the carrier is selected from the group consisting of resins, porous particles, gels, and magnetic beads.
[12] A column for affinity chromatography packed with the affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [11].
[13] The affinity chromatography column according to [12], which is provided with a heating means.
[14] A method for detecting or identifying a target nucleic acid in a sample, comprising:
A step of introducing a sample into an affinity chromatography column packed with the affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [11];
detecting or identifying a target nucleic acid based on elution from the affinity chromatography column.
[15] The method according to [14], wherein the affinity chromatography packing comprises a carrier having immobilized thereon a nucleic acid ligand having a sequence complementary to one sequence of a target nucleic acid.
[16] The method according to [14], wherein the affinity chromatography packing comprises a support having immobilized thereon a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence of a target nucleic acid, and a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence of the target nucleic acid.
[17] The method according to [14], wherein the affinity chromatography packing comprises a first support to which a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence of a target nucleic acid is immobilized, and a second support to which a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence of the target nucleic acid is immobilized.
[18] The method according to [16] or [17], wherein the first sequence and the second sequence have sequences that differ by 1 to 3 bases.
[19] A kit for detecting a target nucleic acid in a sample, comprising the affinity chromatography packing material according to any one of [1] to [11].
本発明により、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤及びカラムが提供される。本発明のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤及びカラムは、人工核酸に基づくものであるため、核酸親和性及び保存安定性に優れている。そのため、かかるアフィニティークロマトグラフィー用充填剤及びカラムを使用することで、短時間かつ高感度に標的核酸を検出及び同定することが可能である。したがって、本発明は、核酸の検出及び同定、診断薬、分子生物学研究などの分野において有用である。The present invention provides a packing material and column for affinity chromatography. The packing material and column for affinity chromatography of the present invention are based on artificial nucleic acids and therefore have excellent nucleic acid affinity and storage stability. Therefore, by using such a packing material and column for affinity chromatography, it is possible to detect and identify a target nucleic acid in a short time with high sensitivity. Therefore, the present invention is useful in fields such as detection and identification of nucleic acids, diagnostic agents, and molecular biology research.
以下、本発明を詳細に説明する。本願は、2020年1月31日出願の特願2020-015458の優先権を主張するものであり、その全内容を参照により本明細書に援用する。
一態様において、本発明は、担体と、前記担体に固定された核酸リガンドとを備えたアフィニティークロマトグラフィー用充填剤であって、
前記核酸リガンドが、ペプチド核酸(PNA)、ロック核酸(LNA)及びS-オリゴからなる群より選択される少なくとも1つの人工核酸を含み、
前記核酸リガンドが、ペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介した結合により前記担体に固定されている、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤に関する。
The present invention is described in detail below. This application claims priority from Japanese Patent Application No. 2020-015458, filed on January 31, 2020, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
In one aspect, the present invention provides a packing material for affinity chromatography comprising a carrier and a nucleic acid ligand immobilized on the carrier, the packing material comprising:
The nucleic acid ligand comprises at least one artificial nucleic acid selected from the group consisting of peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA) and S-oligo;
The present invention relates to a packing material for affinity chromatography, in which the nucleic acid ligand is immobilized on the carrier by a peptide bond, a disulfide bond, or a bond via a linker.
本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤は、標的核酸と結合するリガンドとして人工核酸を含む核酸が固定された担体を含むものである。人工核酸とは、核酸塩基・糖・リン酸ジエステル部に化学修飾を加えることで水素結合様式や高次構造さらには極性などの物性を変化させた核酸のことである。人工核酸の例を以下に示す。
LNA(Locked Nucleic Acid)とは核酸の糖部コンホメーションを完全にN型(RNA型)に固定した人工核酸である(下記構造において矢印部分が固定されていることによって完全なN型に固定される)。標的となる一本鎖DNA/RNAとはワトソン・クリック型水素結合を介して強固に二重鎖を形成する。糖部コンホメーションがあらかじめ固定されているためRNAとの二重鎖形成時のエントロピーの損失が大幅に少なくなると考えられる。これによりLNAはこれまでに類を見ないほど安定な二重鎖を形成することが可能となる。
一般に人工核酸の二重鎖形成能は二重鎖の融解温度(Tm)を測定することで評価される。LNAと標的RNAからなる二重鎖のTm値を詳細に解析したところLNA修飾1か所当たり+4~+6度ものTm値の上昇が認められた(Obika S et al., Tetrahedron Lett, 39:5401-5404, 1998)。The ability of artificial nucleic acids to form double strands is generally evaluated by measuring the melting temperature (Tm) of the double strand. A detailed analysis of the Tm value of a double strand consisting of LNA and target RNA revealed an increase in the Tm value of +4 to +6 degrees per LNA modification (Obika S et al., Tetrahedron Lett, 39:5401-5404, 1998).
また天然のオリゴヌクレオチドに比べて高い酵素耐性能を有している。DNA/RNAハイブリッド二本鎖を形成しているRNAを切断し、一本鎖DNAを生じるリボヌクレアーゼであるRNaseH の活性について試験され、LNAが天然のヌクレオチドに比べて高い酵素耐性を有していることが報告されている(Wahlestedt et al., (2000) PNAS 97, 5633-5638)。また、LNAがギャップマーよりもミックスマーの方がより高い酵素耐性を示していることも知られている。別の人工核酸であるホスホロチオエートも同じような酵素耐性を示していることが分かった。ホスホロチオエート(S-オリゴヌクレオチド又はS-オリゴとも称する)とはヌクレオチド間の結合部位にあるすべてのリン酸基を硫黄化したオリゴDNAのことであり(下記構造)、前述の通り、ヌクレアーゼの耐性を有する(Wahlestedt et al., (2000) PNAS 97, 5633-5638)。
別の人工核酸はペプチド核酸(PNA)である。PNAは、リン酸結合ではなくペプチド結合で骨格が形成されている、核酸に類似した構造をもつ化合物である。PNAはDNAとの優れたハイブリダイゼーション親和性を有し、リン酸基による負電荷の反発がなく、塩濃度の影響を受けず、生物学的安定性及び熱耐性が良好であるなどの特性を有する。Another type of artificial nucleic acid is peptide nucleic acid (PNA). PNA is a compound with a structure similar to that of nucleic acids, but with a backbone made up of peptide bonds instead of phosphate bonds. PNA has excellent hybridization affinity with DNA, is not repelled by negative charges due to phosphate groups, is not affected by salt concentration, and has good biological stability and heat resistance.
また別の人工核酸はモルフォリノオリゴヌクレオチドである。モルフォリノとは、核酸(RNA、DNA)のリボース又はデオキシリボースの代わりにモルフォリン環を有するオリゴヌクレオチドである。Another type of artificial nucleic acid is the morpholino oligonucleotide. Morpholinos are oligonucleotides that contain a morpholine ring in place of the ribose or deoxyribose of nucleic acids (RNA, DNA).
核酸リガンドは、少なくとも1つの人工核酸を含むものであり、全て人工核酸からなるものであってもよいし、一部に人工核酸を含むものであってもよい。一部に人工核酸を含む場合、例えば、数塩基(2塩基、3塩基、4塩基、5塩基など)おきに人工核酸を含んでもよいし、あるいは核酸リガンドの担体に固定化されている端とは反対の端の領域に人工核酸を含むようにしてもよい。The nucleic acid ligand contains at least one artificial nucleic acid, and may be entirely made up of artificial nucleic acids, or may contain artificial nucleic acids in part. When it contains artificial nucleic acids in part, for example, it may contain artificial nucleic acids every few bases (2, 3, 4, 5, etc.), or it may contain artificial nucleic acids in the region at the end opposite to the end of the nucleic acid ligand immobilized on the carrier.
核酸リガンドは、アフィニティークロマトグラフィーにおいて単離又は検出の対象となる標的核酸に対して適度なアフィニティーを有するものとする。好ましくは、核酸リガンドは、標的核酸に結合(ハイブリダイズ)する配列を有するもの、例えば、標的核酸の一の配列(標的配列)に対して相補的な配列を有するものである。なお、本明細書において「配列」とは、別に記載しない場合、塩基配列を意味する。The nucleic acid ligand has an appropriate affinity for the target nucleic acid to be isolated or detected by affinity chromatography. Preferably, the nucleic acid ligand has a sequence that binds (hybridizes) to the target nucleic acid, for example, a sequence that is complementary to one sequence of the target nucleic acid (target sequence). In this specification, "sequence" means a base sequence unless otherwise specified.
一実施形態において、本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤は、第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンド、及び第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された担体を含む。In one embodiment, the affinity chromatography packing material of the present invention comprises a support having immobilized thereon a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence and a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence.
別の実施形態において、本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤は、第1の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第1の担体と、第2の配列に対して相補的な配列を有する核酸リガンドが固定された第2の担体とを含む。 In another embodiment, the affinity chromatography packing material of the present invention comprises a first support having a nucleic acid ligand fixed thereto, the nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence, and a second support having a nucleic acid ligand fixed thereto, the nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence.
上記実施形態において、第1の配列及び第2の配列は、同じ標的核酸の異なる領域に対して相補的な配列を有するものであってもよいし、別の標的核酸の領域に対して相補的な配列を有するものであってもよい。具体的な実施形態において、第1の配列及び第2の配列は1~3塩基(例えば、1塩基)異なる配列を有する、すなわち、第1の配列及び第2の配列は、1~3塩基の多型(例えば、1塩基多型)を含む領域に対してそれぞれ相補的な配列を有する。In the above embodiment, the first sequence and the second sequence may have sequences complementary to different regions of the same target nucleic acid, or may have sequences complementary to regions of different target nucleic acids. In a specific embodiment, the first sequence and the second sequence have sequences that differ by 1 to 3 bases (e.g., 1 base), that is, the first sequence and the second sequence each have a sequence complementary to a region containing a 1 to 3 base polymorphism (e.g., a single nucleotide polymorphism).
「相補的」又は「相補性」とは、塩基対合する核酸の塩基の対応を指し、アデニン(A)とチミン(U)又はウラシル(U)、グアニン(G)とシトシン(C)との対応である。本明細書では、完全な相補性だけではなく、ある配列に対して部分的な相補性を有することからその配列に結合することができる能力を保持している部分的な相補性も意味する。 "Complementary" or "complementarity" refers to the correspondence of bases in nucleic acids that base pair, such as the correspondence between adenine (A) and thymine (U) or uracil (U), and guanine (G) and cytosine (C). In this specification, it refers not only to perfect complementarity, but also to partial complementarity, which has partial complementarity to a certain sequence and therefore retains the ability to bind to that sequence.
核酸リガンドの長さは、アフィニティークロマトグラフィーにおいて単離又は検出の対象となる標的核酸に対して適度なアフィニティーを有するように選択される。アフィニティーの保持と合成容易性などを考慮して、核酸リガンドの長さは、一般的に8~30マー、好ましくは10~25マー、より好ましくは10~23マーである。The length of the nucleic acid ligand is selected so that it has an appropriate affinity for the target nucleic acid to be isolated or detected in affinity chromatography. Taking into consideration factors such as affinity retention and ease of synthesis, the length of the nucleic acid ligand is generally 8-30 mers, preferably 10-25 mers, and more preferably 10-23 mers.
核酸リガンドの設計、すなわち全体の長さ、含まれる人工核酸の種類及び配置などの決定は、当業者であれば、標的核酸の種類及び長さ、目的、使用する溶出液の種類などを考慮して適当に行うことができる。また、核酸リガンドの調製も慣用的な方法により、例えば人工核酸を合成することができる合成装置を使用して、行うことができる。A person skilled in the art can appropriately design the nucleic acid ligand, i.e., determine the overall length, the type and arrangement of the artificial nucleic acid contained therein, etc., taking into consideration the type and length of the target nucleic acid, the purpose, the type of elution solution used, etc. Furthermore, the nucleic acid ligand can also be prepared by conventional methods, for example, using a synthesis device capable of synthesizing artificial nucleic acids.
リガンドを固定する担体は、アフィニティークロマトグラフィーにおいて慣用的に使用されている担体を使用することができ、用途、溶出液の種類、溶出量などに応じて、材質及び形態を適宜選択することができる。例えば、多孔質粒子、ゲル、樹脂磁気ビーズなどの形態の担体を使用することができる。加熱、溶出、洗浄などの処理に対して耐性であり、保存安定性に優れた担体を使用することが好ましい。 The carrier for immobilizing the ligand may be any carrier commonly used in affinity chromatography, and the material and form may be appropriately selected depending on the application, the type of eluent, the amount of elution, etc. For example, carriers in the form of porous particles, gels, resin magnetic beads, etc. may be used. It is preferable to use a carrier that is resistant to treatments such as heating, elution, and washing, and has excellent storage stability.
担体へのリガンドの固定は、ペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介した結合により行うことができる。ペプチド結合を利用する場合は、担体の反応末端がカルボン酸になっているところにHATUなどのペプチド縮合剤により活性エステル体とした後でリガンド側の1級アミノ基を反応させることでペプチド結合を得ることが可能である。また、担体の反応末端が1級アミノ基になっている場合は、活性エステル体とした後でリガンド側のカルボン酸をあらかじめ活性エステル化しておいて反応させることでペプチド結合を得ることも可能である。ジスルフィド結合の場合は、担体とリガンドの両方の反応末端がそれぞれSH基になっているものを用いて、酸化反応を介して結合させることが可能である。Ligands can be immobilized on supports by peptide bonds, disulfide bonds, or bonds via linkers. When using peptide bonds, peptide bonds can be obtained by converting the reactive end of the support to a carboxylic acid using a peptide condensing agent such as HATU to an active ester and then reacting with a primary amino group on the ligand. When the reactive end of the support is a primary amino group, it is also possible to obtain peptide bonds by converting the reactive end of the support to an active ester and then reacting with the carboxylic acid on the ligand to an active ester in advance. In the case of disulfide bonds, it is possible to use support and ligand with SH groups at both reactive ends and bond via an oxidation reaction.
リンカーを介して担体へリガンドを固定する場合、リンカーは、例えばヘテロクロスリンカー、エポキシ樹脂硬化剤、ホモクロスリンカーなどを使用することができる。ヘテロクロスリンカーとしては、例えば炭化水素母核の両側にN-ヒドロキシスクシンイミドエステルとマレイミドの両方を共有し、それぞれの活性基がアミノ基、スルフヒドリル基の架橋を行う試薬が利用可能であり、具体的にはSMCC(succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylate)、EMCS(N-ε-malemidocaproyl-oxysuccinimide ester)、LC-SMCC(succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxy-(6-amidocaproate))、SM(PEG)2(PEGylated SMCC crosslinker)、SIA(succinimidyl iodoacetate)、Sulfo-SANPAH(sulfosuccinimidyl 6-(4'-azido-2'-nitrophenylamino)hexanoate)、MBS(3-Maleimidobenzoic Acid N-Succinimidyl Ester)などが挙げられる。エポキシ樹脂硬化剤もまたヘテロクロスリンカーと同様に、アミノ基又はスルフヒドリル基の架橋を行う試薬として利用可能であり、例えばjERキュア(登録商標)(三菱ケミカル)などが市販されている。ホモクロスリンカーとしては、例えば炭化水素鎖の両末端に同一のN-ヒドロキシスクシンイミドエステル又はイミドエステル又はマレイミドを有し、アミノ基間又はスルフヒドリル基間の架橋を行う試薬が利用可能であり、具体的にはDSG(disuccinimidyl glutarate)、DMP(dimethyl pimelimidate)、BMOE(bismaleimidoethane)などが挙げられる。また別のホモクロスリンカーとして、炭化水素鎖以外にポリエチレングリコール鎖で構成され、アミノ基間又はスルフヒドリル基間の架橋を行う試薬も利用可能であり、具体的にはBS(PEG)5(PEGylated bis(sulfosuccinimidyl)suberate)、BM(PEG)3(1,11-bismaleimido-triethyleneglycol)などを使用することができる。When a ligand is fixed to a support via a linker, the linker can be, for example, a heterocrosslinker, an epoxy resin hardener, a homocrosslinker, etc. As hetero-crosslinkers, for example, reagents that share both N-hydroxysuccinimide ester and maleimide on both sides of a hydrocarbon backbone and whose active groups crosslink amino and sulfhydryl groups, respectively, can be used. Specific examples include SMCC (succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylate), EMCS (N-ε-malemidocaproyl-oxysuccinimide ester), LC-SMCC (succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxy-(6-amidocaproate)), SM(PEG)2 (PEGylated SMCC crosslinker), SIA (succinimidyl iodoacetate), Sulfo-SANPAH (sulfosuccinimidyl 6-(4'-azido-2'-nitrophenylamino)hexanoate), and MBS (3-Maleimidobenzoic Acid N-Succinimidyl Ester). Epoxy resin curing agents can also be used as reagents for crosslinking amino groups or sulfhydryl groups, as with heterocrosslinkers; for example, jER Cure (registered trademark) (Mitsubishi Chemical) is commercially available. As homocrosslinkers, for example, reagents that have the same N-hydroxysuccinimide ester, imide ester, or maleimide at both ends of a hydrocarbon chain and crosslink between amino groups or sulfhydryl groups can be used, specifically DSG (disuccinimidyl glutarate), DMP (dimethyl pimelimidate), BMOE (bismaleimidoethane), etc. can be mentioned. As another homocrosslinker, a reagent that is composed of a polyethylene glycol chain in addition to a hydrocarbon chain and crosslinks between amino groups or sulfhydryl groups can also be used, specifically BS(PEG)5 (PEGylated bis(sulfosuccinimidyl)suberate), BM(PEG)3 (1,11-bismaleimido-triethyleneglycol), etc. can be used.
好ましいリンカーの1つであるSMCCは、活性エステル基及びマレイミド基を有するクロスリンカーであり、例えば、担体に結合させたNH2基とSMCCの活性エステル基とを反応させ、リガンドに導入したSH基とSMCCのマレイミド基とを反応させることにより、担体にSMCCを介してリガンドを固定することができる。 One of the preferred linkers is SMCC, which is a crosslinker having an active ester group and a maleimide group. For example, the NH2 group bound to the carrier is reacted with the active ester group of SMCC, and the SH group introduced into the ligand is reacted with the maleimide group of SMCC, thereby immobilizing the ligand on the carrier via SMCC.
担体の表面には1つ以上のリンカーを固定することができる。1つのリンカーが固定された担体には、リガンドを1つ固定することができる。一方、担体の表面に複数のリンカーが固定される場合、その複数のリンカーの一部にリガンドが結合していてもよいし、複数のリンカーの全部にリガンドが結合していてもよい。複数のリンカーの一部にリガンドが結合している場合には、リガンドが結合していないリンカーにキャッピング剤を結合させることが好ましい。そのようなキャッピング剤としては、例えば1,4-ジアミノブタン(アミノ基)、H-Arg-NH2・2HCl(グアニジノ基)、5-アミノ吉草酸(カルボキシル基)、アミルアミン(メチル基)、4-フェニルブチルアミン(フェニル基)、及びFmoc-Lys-OH・HCl(アミノ基・カルボキシル基)などが挙げられる。また、担体の表面に複数のリンカーが固定される場合、1種類のリガンド(すなわち同じ配列を有するリガンド)が結合してもよいし、2種類以上のリガンド(すなわち異なる配列を有する複数のリガンド)が結合してもよい。 One or more linkers can be fixed to the surface of the carrier. One ligand can be fixed to a carrier to which one linker is fixed. On the other hand, when multiple linkers are fixed to the surface of the carrier, the ligand may be bound to a part of the multiple linkers, or the ligand may be bound to all of the multiple linkers. When a ligand is bound to a part of the multiple linkers, it is preferable to bind a capping agent to a linker to which no ligand is bound. Examples of such capping agents include 1,4-diaminobutane (amino group), H-Arg-NH 2 ·2HCl (guanidino group), 5-aminovaleric acid (carboxyl group), amylamine (methyl group), 4-phenylbutylamine (phenyl group), and Fmoc-Lys-OH·HCl (amino group·carboxyl group). In addition, when multiple linkers are fixed to the surface of the carrier, one type of ligand (i.e., a ligand having the same sequence) may be bound, or two or more types of ligands (i.e., multiple ligands having different sequences) may be bound.
化学反応の容易性、化学構造の安定性、溶解性の向上などを考慮して、核酸リガンド及び/又は担体にスペーサーを導入してもよい。例えば、C3、C6、C10などをスペーサーとして使用することができる。A spacer may be introduced into the nucleic acid ligand and/or carrier in consideration of ease of chemical reaction, stability of the chemical structure, improvement of solubility, etc. For example, C3, C6, C10, etc. can be used as the spacer.
本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤は、リガンドへの人工核酸の導入により、優れた結合親和性で標的核酸と結合することができ、また塩濃度の影響を受けず、生物学的安定性(ヌクレアーゼ及びプロテアーゼに対する分解耐性)及び熱安定性に優れるものである。また、繰り返し使用することができ、低コストの利点がある。The affinity chromatography packing material according to the present invention is capable of binding to a target nucleic acid with excellent binding affinity by introducing an artificial nucleic acid into the ligand, and is not affected by salt concentration, and has excellent biological stability (resistance to degradation by nucleases and proteases) and thermal stability. It can also be used repeatedly, and has the advantage of being low cost.
別の態様において、本発明は、上記のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに関する。アフィニティークロマトグラフィー用のカラムは、アフィニティークロマトグラフィーにおいて慣用的に使用されているものであれば特に限定されるものではない。アフィニティークロマトグラフィー用のカラムは様々な種類が市販されており、当業者であれば、用途、溶出液の種類、溶出量、使用する機器などに応じて、材質、形態及び容積を適宜選択することができる。In another aspect, the present invention relates to an affinity chromatography column packed with the above-mentioned affinity chromatography packing material. The affinity chromatography column is not particularly limited as long as it is one that is conventionally used in affinity chromatography. Various types of affinity chromatography columns are commercially available, and a person skilled in the art can appropriately select the material, shape, and volume depending on the application, type of eluent, elution amount, equipment to be used, etc.
本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用カラムは、加熱手段をさらに備えてもよい。加熱手段は、カラムと一体的に存在するものであってもよいし、カラムから取り外し可能なものであってもよい。また加熱手段は、カラムの全体を加熱するものであってもよいし、一部を加熱するものであってもよい。本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤に使用される核酸リガンドは、加熱手段により加熱に対しても熱変性することなく使用することが可能である。The affinity chromatography column according to the present invention may further include a heating means. The heating means may be integrated with the column or may be removable from the column. The heating means may heat the entire column or may heat only a portion of the column. The nucleic acid ligand used in the affinity chromatography packing according to the present invention can be used without being thermally denatured by heating with the heating means.
さらなる態様において、本発明は、サンプル中の標的核酸を検出又は同定する方法であって、
サンプルを上記のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに導入する工程、
前記アフィニティークロマトグラフィー用カラムからの溶出に基づいて標的核酸を検出又は同定する工程
を含む方法に関する。
In a further aspect, the present invention provides a method for detecting or identifying a target nucleic acid in a sample, comprising the steps of:
Introducing the sample into an affinity chromatography column packed with the affinity chromatography packing material;
detecting or identifying a target nucleic acid based on elution from the affinity chromatography column.
本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤に使用される核酸リガンドは、標的核酸と結合することができる。この結合親和性を利用して、サンプルを充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに導入した場合、標的核酸は核酸リガンドに結合する一方、他の分子は素通りすることから、カラムからの溶出を調べることで、サンプル中の標的核酸を検出又は同定することができる。The nucleic acid ligand used in the affinity chromatography packing material of the present invention can bind to a target nucleic acid. By utilizing this binding affinity, when a sample is introduced into an affinity chromatography column packed with the packing material, the target nucleic acid binds to the nucleic acid ligand while other molecules pass through, and the target nucleic acid in the sample can be detected or identified by examining the elution from the column.
サンプルは、標的核酸について検出又は同定しようとするサンプルであれば特に限定されるものではない。例えば生体液サンプル(血液、血清、血漿、尿等)、組織又は細胞サンプル、環境サンプル(土壌、河川等)が挙げられる。血液サンプルの場合、採血後は氷冷又は冷蔵保存することが好ましい。また、血漿を使用する場合には、抗凝固剤としてEDTAを使用することが好ましいが、ヘパリン、クエン酸ナトリウムなど当該分野で公知又は汎用されているものを使用することができる。 The sample is not particularly limited as long as it is a sample for which the target nucleic acid is to be detected or identified. Examples include biological fluid samples (blood, serum, plasma, urine, etc.), tissue or cell samples, and environmental samples (soil, rivers, etc.). In the case of blood samples, it is preferable to store the blood on ice or in a refrigerator after collection. In addition, when using plasma, it is preferable to use EDTA as an anticoagulant, but heparin, sodium citrate, and other anticoagulants known or commonly used in the field can be used.
本発明において、「サンプル中の標的核酸の検出又は同定」とは、サンプル中に標的核酸が存在するか否かを決定すること、並びにサンプル中の標的核酸の量又は濃度を測定することを意味する。In the present invention, "detecting or identifying a target nucleic acid in a sample" means determining whether or not a target nucleic acid is present in a sample, as well as measuring the amount or concentration of the target nucleic acid in a sample.
本発明に係る方法では、サンプルを本発明に係るアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに導入する。サンプルのカラムへの導入は、特に限定されるものではない。例えば、サンプルをそのまま又は適当な溶液若しくは緩衝液で希釈して、自然落下により又はシリンジを使用してカラムに導入することができる。In the method according to the present invention, a sample is introduced into an affinity chromatography column packed with the affinity chromatography packing material according to the present invention. The introduction of the sample into the column is not particularly limited. For example, the sample can be introduced into the column by gravity or by using a syringe, either as is or after dilution with an appropriate solution or buffer.
続いて、アフィニティークロマトグラフィー用カラムからのサンプルの溶出を調べ、その溶出する画分に応じて標的核酸を検出又は同定する。サンプルの溶出は、例えば液体クロマトグラフィー/質量分析法(LC/MS)などの当技術分野で公知の方法又は装置を使用して調べることができる。カラムに固定されているリガンド核酸が有する配列と相補的な配列を有する標的核酸がサンプルに含まれる場合には、その標的核酸はリガンド核酸と結合して溶出が遅くなる。そのため、そのような溶出の特徴を基に標的核酸を検出又は同定することが可能である。また、リガンド核酸は、塩基ミスマッチを区別して結合する。例えば、リガンド核酸は、1~3塩基のミスマッチ、好ましくは1~2塩基のミスマッチ、特には1塩基ミスマッチを区別し得る。そのため、本発明に係る方法は、塩基ミスマッチを有する標的核酸の検出にも使用可能である。 Next, the elution of the sample from the affinity chromatography column is examined, and the target nucleic acid is detected or identified according to the eluted fraction. The elution of the sample can be examined using a method or device known in the art, such as liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS). If the sample contains a target nucleic acid having a sequence complementary to the sequence of the ligand nucleic acid fixed to the column, the target nucleic acid binds to the ligand nucleic acid and is slowed down in elution. Therefore, it is possible to detect or identify the target nucleic acid based on such elution characteristics. In addition, the ligand nucleic acid distinguishes between base mismatches and binds. For example, the ligand nucleic acid can distinguish between 1-3 base mismatches, preferably 1-2 base mismatches, and particularly 1 base mismatches. Therefore, the method of the present invention can also be used to detect target nucleic acids having base mismatches.
本発明に係る方法は、サンプルをカラムに導入する前又は導入した後に、サンプルを加熱する工程を含んでもよい。二本鎖核酸は核酸リガンドに結合することができないため、加熱により二本鎖核酸を熱変性させて一本鎖核酸の形態とすることが好ましい。加熱する温度は、二本鎖核酸の融解温度以上、例えば75~100℃とすることができる。The method of the present invention may include a step of heating the sample before or after the sample is introduced into the column. Since double-stranded nucleic acid cannot bind to a nucleic acid ligand, it is preferable to heat the double-stranded nucleic acid to thermally denature it into a single-stranded nucleic acid form. The heating temperature can be equal to or higher than the melting temperature of the double-stranded nucleic acid, for example, 75 to 100°C.
他の態様において、本発明は、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤を含む、サンプル中の標的核酸を検出するためのキットに関する。本発明に係るキットにより、サンプル中の標的核酸の検出又は同定を容易かつ簡便に行うことができる。本発明に係るキットは、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤以外にも標的核酸の検出に有用な他の成分、例えばアフィニティークロマトグラフィー用の溶出剤、対照、説明書などを含んでもよい。In another aspect, the present invention relates to a kit for detecting a target nucleic acid in a sample, comprising an affinity chromatography packing. The kit according to the present invention allows easy and convenient detection or identification of a target nucleic acid in a sample. The kit according to the present invention may also include other components useful for detecting a target nucleic acid in addition to the affinity chromatography packing, such as an eluent for affinity chromatography, a control, instructions, etc.
以下、本発明を実施例及び図面によりさらに具体的に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples and drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]アフィニティーカラム用担体及びカラムの準備
(1)アフィニティーカラム用担体
アフィニティー担体には様々な製品が存在する。ChromSpeedTMCM103(三菱ケミカル)はメタクリル酸系の弱酸性陽イオン交換樹脂であり、抗生物質やアミノ酸の精製等に使用される。用途がバイオ医薬品精製である担体を使用することにより、精密であり純粋な目的物を得ることができるアフィニティーカラムを作製できるのではないかと考え、今回はChromSpeedTMCM103を用いることとした。
[Example 1] Preparation of the carrier for affinity column and column (1) Carrier for affinity column There are various products for affinity carriers. ChromSpeed TM CM103 (Mitsubishi Chemical) is a weakly acidic cation exchange resin of methacrylic acid type, and is used for purification of antibiotics and amino acids. We thought that it might be possible to prepare an affinity column that can obtain precise and pure target products by using a carrier used for purification of biopharmaceuticals, so we decided to use ChromSpeed TM CM103 this time.
(2)アフィニティーカラム用カートリッジ
アフィニティー担体を充填するカートリッジには、Sigma-Aldrich社の0.5 mL Empty PP Rev Tube Kitを用いた。これは、任意の充填剤を用いたSPEカートリッジの作製が可能なエンプティーカラムである。また、PNAが高価であるため、なるべくリガンド量を少なくした状態でカートリッジを作製することが課題として存在していたため、株式会社巴製作所のルアー型カートリッジ Type Mini (0.1 mL)も場合により使用した。
(2) Affinity column cartridges For the cartridges packed with affinity carriers, Sigma-Aldrich's 0.5 mL Empty PP Rev Tube Kit was used. This is an empty column that allows the preparation of SPE cartridges using any packing material. In addition, since PNA is expensive, there was an issue of preparing cartridges with as little ligand as possible, so Tomoe Manufacturing Co., Ltd.'s Luer type cartridge Type Mini (0.1 mL) was also used in some cases.
(3)アフィニティーカラム用担体へのPNA固定化方法
合成したリガンドであるPNAは芳香環にNH2基を有しているため担体にリガンドを固定化させる際にペプチド結合は利用できない。そこで2つ以上の分子を共有結合により化学的に結合することのできる架橋剤を使用することとした。
(3) Method for immobilizing PNA on the carrier for affinity columns Since the synthesized ligand, PNA, has an NH2 group on the aromatic ring, peptide bonds cannot be used to immobilize the ligand on the carrier. Therefore, we decided to use a crosslinker that can chemically bond two or more molecules by covalent bonds.
[実施例2]アフィニティーカラム用PNA(リガンド)の合成
図1に示す構造を有するアフィニティーカラム用PNAを合成した。架橋剤(リンカー)はスペーサー部分にシクロヘキサンを有し、活性エステル基及びマレイミド基を有するSMCCを使用した。マレイミド基はSH基と反応し、活性エステル基はNH2基と特異的に反応する。このSMCCの特徴を活用するためにSH基を有するFmoc-Cys(Mmt)-OHをリガンドに導入する構造にした。また、PNA12merとFmoc-Cys(Mmt)-OHの立体障害を回避するため、スペーサーとしてFmoc-Aund(11)-OH(C10)を導入する構造とした(図1)。PNA部分の塩基配列はGACAATGTAGCT(配列番号1)とした。
[Example 2] Synthesis of PNA (ligand) for affinity column A PNA for affinity column having the structure shown in Figure 1 was synthesized. The crosslinker used was SMCC having cyclohexane in the spacer portion and having an active ester group and a maleimide group. The maleimide group reacts with SH groups, and the active ester group reacts specifically with NH2 groups. In order to utilize this feature of SMCC, Fmoc-Cys(Mmt)-OH having an SH group was introduced into the ligand. In addition, in order to avoid steric hindrance between PNA12mer and Fmoc-Cys(Mmt)-OH, Fmoc-Aund(11)-OH(C10) was introduced as a spacer (Figure 1). The base sequence of the PNA portion was GACAATGTAGCT (SEQ ID NO: 1).
Fmoc-PNA12mer-C10-Cysの合成は通常のFmoc固相合成法を用いた。合成には、Biotage社製全自動マイクロウェーブ合成装置Initiator+Alstraを使用した。担体はN-末端がFmoc基で保護されているFmoc-NH-SAL-PEG Resin(0.22 mmol/g)を使用した。PNAの縮合試薬は自動合成装置Initiator+Alstraで推奨されるN,N'-ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)とエチルシアノグリオキシレート-2-オキシム(Oxyma)を使用し、PNAモノマー 5当量、DIC 5当量、Oxyma 5当量の割合で用いた。また、Fmoc-Cys(Mmt)-OHとFmoc-Aund(11)-OHの縮合試薬はO-(7-アザ-1H-ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N',N'-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート(HATU)とN,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)を使用し、Fmoc-Cys(Mmt)-OH 5当量、Fmoc-Aund(11)-OH 5当量、HATU 6.5当量、DIPEA 2.3当量の割合で用いた。これによりFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1)を得た。 Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys was synthesized using the standard Fmoc solid-phase synthesis method. A Biotage fully automated microwave synthesizer, Initiator+Alstra, was used for the synthesis. The support used was Fmoc-NH-SAL-PEG Resin (0.22 mmol/g), whose N-terminus was protected with an Fmoc group. The PNA condensation reagents used were N,N'-diisopropylcarbodiimide (DIC) and ethyl cyanoglyoxylate-2-oxime (Oxyma), as recommended for the automated synthesizer, Initiator+Alstra, in a ratio of 5 equivalents of PNA monomer, 5 equivalents of DIC, and 5 equivalents of Oxyma. The condensation reagents for Fmoc-Cys(Mmt)-OH and Fmoc-Aund(11)-OH were O-(7-aza-1H-benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU) and N,N-diisopropylethylamine (DIPEA) in the ratio of Fmoc-Cys(Mmt)-OH 5 equivalents, Fmoc-Aund(11)-OH 5 equivalents, HATU 6.5 equivalents, and DIPEA 2.3 equivalents, to obtain Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1).
[実施例3]PNA以外のアフィニティーカラム用人工核酸(リガンド)の設計
(1)LNA(3)の設計
図2に示す構造を有するアフィニティーカラム用LNAを合成した。LNAは株式会社ジーンデザイン社から購入した。LNAの設計にあたって、ギャップマーと比較するとミックスマーである方がより強く酵素耐性を強く示していたので、12mer中で3塩基ごとにLNAを挿入する構造にした(配列GacAatGtaGct(配列番号3)において、大文字が挿入した箇所を示す)。また、固定化の際にPNAと同様の構造をとり、条件統一をとるために3’末端にスペーサー(C6)とチオールを修飾した。
[Example 3] Design of artificial nucleic acid (ligand) for affinity column other than PNA (1) Design of LNA (3) LNA for affinity column having the structure shown in Figure 2 was synthesized. LNA was purchased from Gene Design Co., Ltd. In designing LNA, since mixmers showed stronger enzyme resistance compared to gapmers, a structure was created in which LNA was inserted every 3 bases in the 12mer (in the sequence GacAatGtaGct (SEQ ID NO: 3), capital letters indicate the insertion positions). In addition, in order to adopt the same structure as PNA and to unify the conditions during immobilization, the 3' end was modified with a spacer (C6) and thiol.
(2)S-オリゴ(4)の設計
図3に示す構造を有するアフィニティーカラム用S-オリゴを合成した。ホスホロチオエートを有するS-オリゴはユーロフィン株式会社から購入した。挿入条件を統一するためにLNA同様3塩基ごとにホスホロチオエートを挿入した(配列GacAatGtaGct(配列番号4)において、大文字が挿入した箇所を示す)。また、3’末端にスペーサー(C3)とチオールを修飾した。
(2) Design of S-oligo (4) An S-oligo for affinity column was synthesized with the structure shown in Figure 3. S-oligo with phosphorothioate was purchased from Eurofins. To standardize the insertion conditions, phosphorothioate was inserted every 3 bases as in LNA (in the sequence GacAatGtaGct (SEQ ID NO: 4), capital letters indicate the insertion positions). In addition, the 3' end was modified with a spacer (C3) and a thiol.
[実施例4]アフィニティーカラムへのリガンドPNA(1)の固定化
以下に説明するように、アフィニティーカラムChromSpeedTMCM103に実施例2で調製したPNA(1)を固定化した。
[Example 4] Immobilization of ligand PNA (1) on affinity column As described below, the PNA (1) prepared in Example 2 was immobilized on an affinity column ChromSpeed ™ CM103.
(1)使用試薬
・ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)
・11-[(9-フルオレニルメトキシカルボニル)アミノ]ウンデカン酸 (Fmoc-Aund(11)-OH)・N,N’-ジメチルホルムアミド (DMF)
・ジクロロメタン (DCM)
・N-メチルピロリドン (NMP)
・O-(7-アザベンゾトリアゾール-1-イル)-1,1,3,3-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート (HATU)
・20% ピペリジン/NMP
・N,N'-ジスクシンイミジルカーボネート(DSC)
・6-[(9-フルオレニルメトキシカルボニル)アミノ]ヘキサン酸(Fmoc-Acp(6)-OH)
・ChromSpeedTMCM103
・ヘキサメチレンジアミン (1,6-ジアミノヘキサン)
・4-(N-マレイミドメチル)シクロヘキサンカルボン酸N-スクシンイミジルエステル (SMCC)
・L-システイン
(1) Reagent used: Diisopropylethylamine (DIPEA)
・11-[(9-Fluorenylmethoxycarbonyl)amino]undecanoic acid (Fmoc-Aund(11)-OH)・N,N'-dimethylformamide (DMF)
Dichloromethane (DCM)
・N-methylpyrrolidone (NMP)
・O-(7-azabenzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU)
・20% piperidine/NMP
・N,N'-disuccinimidyl carbonate (DSC)
6-[(9-fluorenylmethoxycarbonyl)amino]hexanoic acid (Fmoc-Acp(6)-OH)
・ChromSpeedTM CM103
・Hexamethylenediamine (1,6-diaminohexane)
・4-(N-maleimidomethyl)cyclohexanecarboxylic acid N-succinimidyl ester (SMCC)
・L-cysteine
(2)合成スキーム
合成スキームを図4に示す。ChromSpeedTMCM103へのPNA(1)の固定化はEYELA製パーソナル有機合成機(CCS-600)を使用した。Fmoc定量法を用いてChromSpeedTMCM103の単位容積当たりの反応可能なカルボン酸量を確認するため、まずFmoc-Acp(6)-OHを導入した。
(2) Synthesis scheme The synthesis scheme is shown in Figure 4. An EYELA personal organic synthesizer (CCS-600) was used to immobilize PNA (1) on ChromSpeed TM CM103. To confirm the amount of reactive carboxylic acid per unit volume of ChromSpeed TM CM103 using the Fmoc quantification method, Fmoc-Acp(6)-OH was first introduced.
ChromSpeedTMCM103(5, 約0.08 meq/ml)へのPNA固定化の前準備として、MeOHに浸っている5(2 mL)をDMFで置換し乾燥した。DSC(0.313 g, 1.2 mmol)をDMF(2 mL)に溶解した後でDIPEA(195μL, 1.2 mmol)を加えた反応液を、5に加え、室温で1時間攪拌した。反応終了後、反応液を除去し、再度同濃度のDSC反応液による活性化の操作を行った。反応終了後、反応液を除去し、DMF(2 mL)で洗浄し6を得た。 As a preparation for immobilization of PNA on ChromSpeed TM CM103 (5, approximately 0.08 meq/ml), 5 (2 mL) soaked in MeOH was replaced with DMF and dried. DSC (0.313 g, 1.2 mmol) was dissolved in DMF (2 mL) and DIPEA (195 μL, 1.2 mmol) was added to the reaction solution, which was then added to 5 and stirred at room temperature for 1 hour. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and activation was performed again using the same concentration of DSC reaction solution. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (2 mL) to obtain 6.
次に1,6-ジアミノヘキサン(0.929 g, 8 mmol)をNMP(1 mL)、DMF(1 mL)により懸濁したあと、6に加え室温で終夜攪拌した。反応終了後で反応液を除去しDMF(2 mL)で1回、MeOH(2 mL)で5回洗浄し7を得た。Next, 1,6-diaminohexane (0.929 g, 8 mmol) was suspended in NMP (1 mL) and DMF (1 mL), then added to 6 and stirred at room temperature overnight. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed once with DMF (2 mL) and five times with MeOH (2 mL) to obtain 7.
次にFmoc-Acp(6)-OH(0.141 g, 0.4 mmol)、HATU(0.1977 g, 0.52 mmol)、DIPEA(90μL, 0.52 mmol)をNMP(1.5 mL)に溶解し7へ加え、室温で1時間攪拌した。反応終了後、反応液を除去し、再度同濃度のFmoc-Acp(6)-OH反応液による縮合反応を室温で30分間行った。ニンヒドリン試験で陰性であることを確認した後で反応液を除去し、DMF(2 mL)で2回、DCM(2 mL)で2回、MeOH(2 mL)で2回洗浄し8を得た。Next, Fmoc-Acp(6)-OH (0.141 g, 0.4 mmol), HATU (0.1977 g, 0.52 mmol), and DIPEA (90 μL, 0.52 mmol) were dissolved in NMP (1.5 mL) and added to 7, followed by stirring at room temperature for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction solution was removed, and the condensation reaction was carried out again at room temperature for 30 minutes using the same concentration of Fmoc-Acp(6)-OH reaction solution. After confirming that the ninhydrin test was negative, the reaction solution was removed, and the mixture was washed twice with DMF (2 mL), twice with DCM (2 mL), and twice with MeOH (2 mL) to obtain 8.
次に吸光光度計にてFmoc定量をし、Fmoc-Acp(6)-OHの導入量を算出した。よく乾燥させた固相担体(5~10 mg)に20%ピペリジン/DMF(400μL)を加え室温で30分間攪拌した溶液をDMFで50倍に希釈した溶液をサンプルとし、その301 nmにおける吸光度を測定し、モル吸光係数ε(301 nm)を7800 M-1cm-1としてFmoc基の量を算出したところ、今回のFmoc-Acp(6)-OHの導入量は0.20838 mmol/gであった。 Next, the amount of Fmoc was quantified using an absorption spectrometer, and the amount of Fmoc-Acp(6)-OH introduced was calculated. 20% piperidine/DMF (400 μL) was added to a well-dried solid support (5-10 mg), stirred at room temperature for 30 minutes, and the solution was diluted 50-fold with DMF to prepare a sample. The absorbance at 301 nm was measured, and the amount of Fmoc groups was calculated using the molar extinction coefficient ε (301 nm) of 7800 M -1 cm -1. The amount of Fmoc-Acp(6)-OH introduced in this case was 0.20838 mmol/g.
20%ピペリジン/DMFで脱Fmoc反応を行い、9を得た。 The Fmoc deprotection reaction was performed with 20% piperidine/DMF to obtain 9.
次にSMCC(17.1 mg, 0.051 mmol)をDMF(3 mL)に溶解し9(48.9 mg)へ加え室温で1時間攪拌した。反応終了後、反応液を除去しDMF(2 mL)で洗浄し、過剰なSulfo-SMCCを除去した。その後、DMFでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(280 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、10を得た。Next, SMCC (17.1 mg, 0.051 mmol) was dissolved in DMF (3 mL), added to 9 (48.9 mg), and stirred at room temperature for 1 hour. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (2 mL) to remove excess Sulfo-SMCC. After that, washing with DMF was repeated, and the absorbance (280 nm) was measured every 1 mL. Washing was continued until the absorbance was completely gone, and 10 was obtained.
次にリガンドであるFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1, 1.94 mg, 0.51μmol)をDMF (500μL), HFIP(100μL)で溶解し10に加え、室温で終夜攪拌をした。反応終了後、反応液を除去しDMF(2 mL)で洗浄し、過剰なFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1)を除去した。その後、DMFでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(260 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、11を得た。吸光光度計にてFmoc定量したところ、10へのFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1)の導入量は0.01532 mmol/gであった。 Next, the ligand Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1, 1.94 mg, 0.51 μmol) was dissolved in DMF (500 μL) and HFIP (100 μL) and added to 10, and the mixture was stirred at room temperature overnight. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (2 mL) to remove excess Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1). The mixture was then repeatedly washed with DMF, and the absorbance (260 nm) was measured every 1 mL. The washing was continued until the absorbance was completely gone, yielding 11. Fmoc quantification using an absorption spectrophotometer revealed that the amount of Fmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH 2 (1) introduced into 10 was 0.01532 mmol/g.
次に、未反応のSMCCを失活させる目的でキャッピング反応を行った。L-システイン(61.8 mg, 0.51 mmol)をNMP(10 mL)に溶解し11に加え、室温で3時間攪拌をした。反応終了後、反応液を除去し、DMF(5 ml)で洗浄し、過剰なL-システインを除去した。Next, a capping reaction was carried out to inactivate unreacted SMCC. L-cysteine (61.8 mg, 0.51 mmol) was dissolved in NMP (10 mL) and added to 11, followed by stirring at room temperature for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was removed and washed with DMF (5 mL) to remove excess L-cysteine.
最後に20%ピペリジン/DMFを加えて5分間撹拌してFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1)のFmoc基を除去し12を得た。 Finally, 20% piperidine/DMF was added and the mixture was stirred for 5 minutes to remove the Fmoc group of Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1) to obtain 12.
[実施例5]アフィニティーカラムへのリガンドPNA(2)の固定化
以下に説明するように、アフィニティーカラムChromSpeedTMCM103にPNA(2)を固定化した。
[Example 5] Immobilization of ligand PNA (2) on affinity column PNA (2) was immobilized on affinity column ChromSpeed ™ CM103 as described below.
実施例2と同様の手順で、PNA(1)の塩基配列GACAATGTAGCT(配列番号1)の代わりに塩基配列GAAACCCAGCAG(配列番号2)を有するPNA(2)を合成した。Using a procedure similar to that of Example 2, PNA (2) was synthesized having the base sequence GAAACCCAGCAG (sequence number 2) instead of the base sequence GACAATGTAGCCT (sequence number 1) of PNA (1).
ChromSpeedTMCM103へのPNA(2)の固定化は、実施例4のPNA(1)の固定化と同様にEYELA製パーソナル有機合成機を使用して実施した(図5)。即ち、10の合成までは実施例4と同じように実施し、リガンドはFMOC-PNA12MER-C10-Cys-NH2(2)に変更した。 The immobilization of PNA (2) onto ChromSpeed ™ CM103 was carried out using an EYELA personal organic synthesizer, similar to the immobilization of PNA (1) in Example 4 (Figure 5). That is, the synthesis of 10 was carried out in the same manner as in Example 4, except that the ligand was changed to FMOC-PNA12MER-C 10 -Cys-NH 2 (2).
リガンドであるFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(2, 1.93 mg, 0.51μmol)をDMF(600μL), HFIP(200μL)で溶解し10に加え、室温で終夜攪拌をした。反応終了後、反応液を除去しDMF(2 mL)で洗浄し、過剰なFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(2)を除去した。その後、DMFでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(260 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、13を得た。吸光光度計にてFmoc定量したところ、10へのFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(2)の導入量は0.0113 mmol/gであった。 The ligand Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (2, 1.93 mg, 0.51 μmol) was dissolved in DMF (600 μL) and HFIP (200 μL) and added to 10, and the mixture was stirred at room temperature overnight. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (2 mL) to remove excess Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (2). The mixture was then repeatedly washed with DMF, and the absorbance (260 nm) was measured every 1 mL. The washing was continued until the absorbance was completely gone, yielding 13. Fmoc quantification using an absorption spectrophotometer revealed that the amount of Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (2) introduced into 10 was 0.0113 mmol/g.
次に、未反応のSMCCを失活させる目的でキャッピング反応を行った。L-システイン(6.18 mg, 0.051 mmol)をNMP(10 mL)に溶解し13に加え、室温で3時間攪拌をした。反応終了後、反応液を除去し、DMF(5 ml)で洗浄し、過剰なL-システインを除去した。Next, a capping reaction was carried out to inactivate unreacted SMCC. L-cysteine (6.18 mg, 0.051 mmol) was dissolved in NMP (10 mL) and added to 13, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (5 mL) to remove excess L-cysteine.
最後に20%ピペリジン/DMFを加えて5分間撹拌してFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(2)のFmoc基を除去し14を得た。 Finally, 20% piperidine/DMF was added and the mixture was stirred for 5 minutes to remove the Fmoc group of Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (2) to obtain 14.
[実施例6]アフィニティーカラムへのリガンドPNA(1)及びPNA(2)の固定化
以下に説明するように、アフィニティーカラムChromSpeedTMCM103にPNA(1)とPNA(2)の混合物(1:1)を固定化した。
Example 6 Immobilization of Ligands PNA(1) and PNA(2) on Affinity Column As described below, a mixture of PNA(1) and PNA(2) (1:1) was immobilized on an affinity column ChromSpeed ™ CM103.
ChromSpeedTMCM103へのPNA(1)とPNA(2)の混合物(1:1)の固定化は、実施例4のPNA(1)の固定化と同様にEYELA製パーソナル有機合成機を使用して実施した(図6)。即ち、10の合成までは実施例4と同じように実施し、リガンドはFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1 and 2)混合物に変更した。 The immobilization of a mixture (1:1) of PNA (1) and PNA (2) to ChromSpeed ™ CM103 was carried out using an EYELA personal organic synthesizer, similar to the immobilization of PNA (1) in Example 4 (Figure 6). That is, the synthesis of 10 was carried out in the same manner as in Example 4, except that the ligand was changed to a mixture of Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1 and 2).
リガンドである各Fmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1, 1.62 mg, 0.85μmol:2, 1.61 mg, 0.85μmol)を混合しDMF(600μL), HFIP(200μL)で溶解し10に加え、室温で終夜攪拌をした。反応終了後、反応液を除去しDMF(2 mL)で洗浄し、過剰なFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2を除去した。その後、DMFでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(260 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、15を得た。 The ligands Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1, 1.62 mg, 0.85 μmol: 2, 1.61 mg, 0.85 μmol) were mixed and dissolved in DMF (600 μL) and HFIP (200 μL), and the mixture was added to 10 and stirred at room temperature overnight. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (2 mL) to remove excess Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2. The DMF washing was then repeated, and the absorbance (260 nm) was measured for every 1 mL. Washing was continued until the absorbance was completely gone, yielding 15.
次に、未反応のSMCCを失活させる目的でキャッピング反応を行った。L-システイン(10.4 mg, 0.085 mmol)をNMP(10 mL)に溶解し15に加え、室温で3時間攪拌をした。反応終了後、反応液を除去し、DMF(5 ml)で洗浄し、過剰なL-システインを除去した。Next, a capping reaction was carried out to inactivate unreacted SMCC. L-cysteine (10.4 mg, 0.085 mmol) was dissolved in NMP (10 mL) and added to 15, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMF (5 mL) to remove excess L-cysteine.
最後に20%ピペリジン/DMFを加えて5分間撹拌してFmoc-PNA12mer-C10-Cys-NH2(1 and 2)のFmoc基を除去し16を得た。 Finally, 20% piperidine/DMF was added and the mixture was stirred for 5 minutes to remove the Fmoc group from Fmoc-PNA12mer-C 10 -Cys-NH 2 (1 and 2) to obtain 16.
[実施例7]アフィニティーカラムへのリガンドLNA(3)の固定化
以下に説明するように、アフィニティーカラムChromSpeedTMCM103にLNA(3)を固定化した。
Example 7 Immobilization of Ligand LNA (3) on Affinity Column LNA (3) was immobilized on affinity column ChromSpeed ™ CM103 as described below.
ChromSpeedTMCM103へのLNA(3)の固定化は実施例4のPNA(1)の固定化と同様にして実施した(図7)。即ち、10の合成までは前述の通りに実施し、リガンドはLNA 12mer L(GacAatGtaGct:配列番号3)-C6-SH(3)に変更した。 Immobilization of LNA (3) onto ChromSpeed ™ CM103 was carried out in the same manner as immobilization of PNA (1) in Example 4 ( FIG. 7 ). That is, the synthesis of 10 was carried out as described above, but the ligand was changed to LNA 12mer L(GacAatGtaGct: SEQ ID NO: 3)-C 6 -SH (3).
LNA(3)をDMSO、TEバッファーにて溶解し、10に加え室温で終夜攪拌した。反応終了後、反応液を徐去しDMSO(2 mL)で洗浄し、過剰なLNA(3)を除去した。その後、DMSOでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(260 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、17を得た。分光光度計にて、洗浄液の各フラクション(1 ml)の吸光度(260 nm)を測定し、LNA(3)が完全に消失するまで洗浄を繰り返した。LNA (3) was dissolved in DMSO and TE buffer, added to 10, and stirred overnight at room temperature. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMSO (2 mL) to remove excess LNA (3). After that, washing with DMSO was repeated, and the absorbance (260 nm) was measured for every 1 mL. Washing was continued until the absorbance completely disappeared, obtaining 17. The absorbance (260 nm) of each fraction (1 ml) of the washing solution was measured using a spectrophotometer, and washing was repeated until LNA (3) completely disappeared.
次に、未反応のSMCCを失活させる目的でキャッピング反応を行った。Fmoc-L-システインをDMSOにて溶解し、17に加えて室温で10分攪拌した((i)の反応)。反応終了後、反応液を除去し、DMSOの洗浄を2回、DCMでの洗浄を2回行い、18を得た。なお、最後に、20%ピペリジン/NMPを加えて5分間撹拌してLNA(3)のFmoc基を除去してもよい((ii)の反応)。Next, a capping reaction was carried out to inactivate unreacted SMCC. Fmoc-L-cysteine was dissolved in DMSO, added to 17 and stirred at room temperature for 10 minutes (reaction (i)). After the reaction was completed, the reaction solution was removed, and the mixture was washed twice with DMSO and twice with DCM to obtain 18. Finally, the Fmoc group of LNA (3) may be removed by adding 20% piperidine/NMP and stirring for 5 minutes (reaction (ii)).
次に、分光光度計にてFmoc定量を実施したところ、LNA(3)の導入量は0.01474 mmol/gであった。Next, Fmoc quantification was performed using a spectrophotometer, and the amount of LNA (3) introduced was found to be 0.01474 mmol/g.
[実施例8]アフィニティーカラムへのリガンドS-オリゴ(4)の固定化
以下に説明するように、アフィニティーカラムChromSpeedTMCM103にS-オリゴ(4)を固定化した。
[Example 8] Immobilization of ligand S-oligo (4) on affinity column S-oligo (4) was immobilized on affinity column ChromSpeed ™ CM103 as described below.
ChromSpeedTMCM103へのS-オリゴ(4)の固定化は実施例4のPNA(1)の固定化と同様にして実施した(図8)。即ち、11の合成までは前述の通りに実施し、リガンドはS-オリゴ12mer H-(GacAatGtaGct:配列番号4)-C3-SH(4)に変更した。 Immobilization of S-oligo (4) onto ChromSpeed ™ CM103 was carried out in the same manner as immobilization of PNA (1) in Example 4 ( FIG. 8 ). That is, the synthesis of 11 was carried out as described above, but the ligand was changed to S-oligo 12mer H-(GacAatGtaGct: SEQ ID NO: 4)-C 3 -SH (4).
S-オリゴ(4)をDMSO、TEバッファーにて溶解し、10に加え室温で終夜攪拌した。反応終了後、反応液を徐去しDMSO(2 mL)で洗浄し、過剰なS-オリゴ(4)を除去した。その後、DMSOでの洗浄を繰り返し1 mLごとの吸光度(260 nm)を測定し、吸光度が完全になくなるまで洗浄を続け、19を得た。分光光度計にて、洗浄液の各フラクション(1 ml)の吸光度(260 nm)を測定し、S-オリゴ(4)が完全に消失するまで洗浄を繰り返した。S-oligo (4) was dissolved in DMSO and TE buffer, added to 10, and stirred overnight at room temperature. After the reaction was completed, the reaction solution was removed and washed with DMSO (2 mL) to remove excess S-oligo (4). After that, washing with DMSO was repeated, and the absorbance (260 nm) was measured for every 1 mL. Washing was continued until the absorbance completely disappeared, obtaining 19. The absorbance (260 nm) of each fraction (1 ml) of the washing solution was measured using a spectrophotometer, and washing was repeated until S-oligo (4) completely disappeared.
次に、未反応のSMCCを失活させる目的でキャッピング反応を行った。Fmoc-L-システインをDMSOにて溶解し、19に加えて室温で10分攪拌した((i)の反応)。反応終了後、反応液を除去し、DMFでの洗浄を15回行い、過剰なL-システインを除去し20を得た。なお、最後に、20%ピペリジン/NMPを加えて5分間撹拌してS-オリゴ(4)のFmoc基を除去してもよい((ii)の反応)。Next, a capping reaction was carried out to inactivate unreacted SMCC. Fmoc-L-cysteine was dissolved in DMSO, added to 19, and stirred at room temperature for 10 minutes (reaction (i)). After the reaction was completed, the reaction solution was removed and the mixture was washed 15 times with DMF to remove excess L-cysteine, yielding 20. Finally, the Fmoc group of S-oligo (4) may be removed by adding 20% piperidine/NMP and stirring for 5 minutes (reaction (ii)).
次に、分光光度計にてFmoc定量を実施したところ、S-オリゴ(4)の導入量は0.00618 mmol/gであった。Next, Fmoc quantification was performed using a spectrophotometer, and the amount of S-oligo (4) introduced was found to be 0.00618 mmol/g.
[実施例9]DNAオリゴの調製
捕捉対象のターゲット一本鎖DNA配列を表1に示す。これらはユーロフィンジェノミクス株式会社から購入したスタンダードオリゴを使用した。
上記オリゴは乾燥品であるためモル収量を参考に濃度調整をして使用した。調整後はすべて冷蔵庫で保存した。
・A:TE溶液(10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA)150μLを加え100 pmol/μLに調製した。
・B:TE溶液200μLを加え100 pmol/μLに調製した。
・C:TE溶液150μLを加え100 pmol/μLに調製した。
・D:TE溶液150μLを加え100 pmol/μLに調製した。
・E:TE溶液 381μLを加え100 pmol/μLに調製した。
・AB:A(25μL)、B(25μL)を混合し熱水にて5分加熱後、徐々に温度を下げ冷却させ50 pmol/μLの二重鎖DNAを作製した。
・AB-C:AB(1μL)、C(9μL)を混合し作製した。
・AB-D:AB(1μL)、D(9μL)を混合し作製した。
・それぞれをさらに50倍、1000倍希釈し、2 pmol/μL及び100 fmol/μLに調整した。
The oligos were dried and the concentrations were adjusted based on the molar yield. After adjustment, all were stored in a refrigerator.
A: 150 μL of TE solution (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA) was added to adjust the concentration to 100 pmol/μL.
・B: 200 μL of TE solution was added to adjust the concentration to 100 pmol/μL.
・C: 150 μL of TE solution was added to adjust the concentration to 100 pmol/μL.
-D: 150 μL of TE solution was added to adjust the concentration to 100 pmol/μL.
E: 381 μL of TE solution was added to adjust the concentration to 100 pmol/μL.
・AB: A (25 μL) and B (25 μL) were mixed and heated in hot water for 5 minutes, then the temperature was gradually reduced and the mixture was allowed to cool to produce 50 pmol/μL double-stranded DNA.
・AB-C: Prepared by mixing AB (1 μL) and C (9 μL).
・AB-D: Prepared by mixing AB (1 μL) and D (9 μL).
Each was further diluted 50-fold and 1000-fold to adjust to 2 pmol/μL and 100 fmol/μL.
[実施例10]アフィニティーカラム評価実験-1
(1)基本手順
・カラムの洗浄方法と初期化
ディスポーザブルシリンジ(10 mL)を使い、カートリッジ上部から蒸留水を10 mL流し、カートリッジ内のDMSOを除去した。次いで、カートリッジ上部に存在するDMSOを完全に除去するために、カートリッジを上下反転させ同様の洗浄を行った。その後、UV 260nmにおいてDMSOに由来する吸光が存在しないことを確認したうえで、1xSSCを12 mL流し、カートリッジを初期化した。
[Example 10] Affinity column evaluation experiment-1
(1) Basic procedure: column washing and initialization Using a disposable syringe (10 mL), 10 mL of distilled water was poured through the top of the cartridge to remove DMSO from the cartridge. Next, to completely remove the DMSO present at the top of the cartridge, the cartridge was turned upside down and washed in the same manner. After confirming that there was no absorption due to DMSO at UV 260 nm, 12 mL of 1xSSC was poured through the cartridge to initialize it.
・サンプルのアプライ
ピペットマン(2μL用)を用いて、カートリッジ上部から100 fmol/μlの濃度に調整したサンプルを2μl注入し、自然落下でカートリッジにサンプルを浸み込ませた。この時、サンプル100 fmol/μl(2μl)をNanodrop3300にて測定して、そのRFU値を100%とし、それぞれフラクションから得られたRFU値の累積値を百分率で求めた。
・Sample application Using a pipette (for 2 μL), 2 μl of the sample adjusted to a concentration of 100 fmol/μl was injected from the top of the cartridge, and the sample was allowed to soak into the cartridge by gravity. At this time, 100 fmol/μl (2 μl) of the sample was measured using a Nanodrop3300, and the RFU value was set to 100%, and the cumulative RFU value obtained from each fraction was calculated as a percentage.
・フラクションの回収方法
1xSSCを移動相として使用し、自然落下で得られたものを200μlずつ回収した。
- Fraction collection method
1xSSC was used as the mobile phase, and 200 µl of the solution obtained by gravity flow was collected.
・回収したDNAの確認方法
それぞれのフラクション(画分)はNanodrop3300にて測定して、そのRFU値を求めた。それぞれフラクションから得られたRFU値の累積値を計算した。横軸をフラクション番号、縦軸をDNA回収率(%)としてプロットし、DNAの溶出状況を可視化した。
- Method for confirming the recovered DNA Each fraction was measured using Nanodrop3300 to determine its RFU value. The cumulative RFU value obtained from each fraction was calculated. The horizontal axis was plotted as the fraction number and the vertical axis was plotted as the DNA recovery rate (%) to visualize the DNA elution status.
(2)一本鎖DNAの保持の確認
作製したアフィニティーカラムに一本鎖DNAが保持されるか否かを確認するため、図9に示すようにアフィニティーカラム評価実験を行った。まず、目的物である二本鎖DNAの末端に蛍光色素TAMRA(TMR)を結合させておき、除去したい一本鎖DNAの末端に蛍光色素FAMを結合させた。具体的には、実施例9において調製したオリゴCを一本鎖DNAサンプル(SSDNA)として使用し、オリゴABを二本鎖DNAサンプル(DSDNA)として使用し、オリゴAB-Cを一本鎖DNA及び二本鎖DNAの混合サンプル(SSDNA, DSDNA)として使用した。使用したアフィニティーカラムは、図10の(a)に示すように、リガンドとして実施例4で調製したPNA(1)が固定されている担体を含むものとした。
(2) Confirmation of retention of single-stranded DNA In order to confirm whether single-stranded DNA is retained in the prepared affinity column, an affinity column evaluation experiment was performed as shown in FIG. 9. First, the fluorescent dye TAMRA (TMR) was bound to the end of the target double-stranded DNA, and the fluorescent dye FAM was bound to the end of the single-stranded DNA to be removed. Specifically, Oligo C prepared in Example 9 was used as a single-stranded DNA sample (SSDNA), Oligo AB was used as a double-stranded DNA sample (DSDNA), and Oligo AB-C was used as a mixed sample of single-stranded DNA and double-stranded DNA (SSDNA, DSDNA). The affinity column used contained a carrier to which PNA (1) prepared in Example 4 was immobilized as a ligand, as shown in FIG. 10 (a).
上記(1)の手順にしたがってサンプルをアフィニティーカラムにアプライし、それぞれの画分を回収し、RFU値を求めた。サンプルをカートリッジに通す前の蛍光色素それぞれの波長のRFU値と、カートリッジを通した後のろ液のそれぞれのRFU値を蛍光光度計を使用し比較した。Following the procedure in (1) above, the sample was applied to the affinity column, each fraction was collected, and the RFU value was calculated. The RFU values of each fluorescent dye wavelength before the sample was passed through the cartridge were compared with the RFU values of the filtrate after passing through the cartridge using a fluorometer.
結果を図11に示す。一本鎖DNAは画分10以降に出現し(図11のA及びC)、二本鎖DNAは画分1~4で100%回収された(図11のB及びC)。この結果から、リガンドとしてのPNAは、相補鎖配列を有する一本鎖DNAを認識し、アフィニティーカラム内に保持する一方、二本鎖DNAは相補鎖配列を有していてもPNAには認識されないことがわかった。The results are shown in Figure 11. Single-stranded DNA appeared from fraction 10 onwards (Figure 11, A and C), and double-stranded DNA was 100% recovered in fractions 1 to 4 (Figure 11, B and C). These results show that PNA as a ligand recognizes single-stranded DNA with a complementary sequence and retains it in the affinity column, whereas double-stranded DNA is not recognized by PNA even if it has a complementary sequence.
[実施例11]アフィニティーカラム評価実験-2
異なる配列を有するPNAをリガンドとして含むアフィニティーカラムを評価した。具体的には、図10の(b)に示すように、リガンドとして実施例5で調製したPNA(2)が固定されている担体を含むアフィニティーカラムを使用して、実施例10と同様の手順で、サンプルをアフィニティーカラムにアプライし、それぞれの画分を回収し、RFU値を求めた。
[Example 11] Affinity column evaluation experiment-2
Affinity columns containing PNAs with different sequences as ligands were evaluated. Specifically, as shown in Fig. 10(b), an affinity column containing a carrier on which PNA (2) prepared in Example 5 was immobilized as a ligand was used, and the sample was applied to the affinity column in the same manner as in Example 10, and each fraction was collected and the RFU value was calculated.
結果を図12に示す。一本鎖DNAは画分8以降に出現し(図12のA及びC)、二本鎖DNAは画分1~3で回収された(図12のB及びC)。この結果から、実施例10と同様に、リガンドとしてのPNAは、相補鎖配列を有する一本鎖DNAを認識し、アフィニティーカラム内に保持する一方、二本鎖DNAは相補鎖配列を有していてもPNAには認識されないことがわかった。The results are shown in Figure 12. Single-stranded DNA appeared from fraction 8 onwards (Figure 12, A and C), while double-stranded DNA was recovered in fractions 1 to 3 (Figure 12, B and C). From these results, it was found that, as in Example 10, PNA as a ligand recognizes single-stranded DNA with a complementary sequence and retains it in the affinity column, whereas double-stranded DNA is not recognized by PNA even if it has a complementary sequence.
[実施例12]アフィニティーカラム評価実験-3
2種類の担体を含むアフィニティーカラムを評価した。具体的には、図10の(c)に示すように、リガンドとして実施例4で調製したPNA(1)が固定されている担体と実施例5で調製したPNA(2)が固定されている担体を含むアフィニティーカラムを使用して、実施例10と同様の手順で、サンプルをアフィニティーカラムにアプライし、それぞれの画分を回収し、RFU値を求めた。なお、PNA(1)とPNA(2)は、ターゲットDNAのそれぞれ別の配列に対して相補的な配列を有するものである。
[Example 12] Affinity column evaluation experiment-3
Affinity columns containing two types of carriers were evaluated. Specifically, as shown in (c) of FIG. 10, affinity columns containing a carrier on which PNA (1) prepared in Example 4 was immobilized as a ligand and a carrier on which PNA (2) prepared in Example 5 was immobilized were used, and samples were applied to the affinity columns in the same manner as in Example 10, and each fraction was collected and the RFU value was determined. Note that PNA (1) and PNA (2) have sequences complementary to different sequences of the target DNA.
結果を図13に示す。一本鎖DNAは画分12以降に出現し(図13のA及びC)、二本鎖DNAは主に画分1~3で回収された(図13のB及びC)。この結果を、実施例10及び11(図11及び12)と比較すると、2種類のリガンドをそれぞれ固定した2種類の担体を含むアフィニティーカラムは、1種類のリガンドを使用した場合よりも良好な分離能で一本鎖DNAと二本鎖DNAを分離することができることがわかった。The results are shown in Figure 13. Single-stranded DNA appeared from fraction 12 onwards (Figure 13, A and C), while double-stranded DNA was mainly recovered in fractions 1 to 3 (Figure 13, B and C). Comparing these results with those of Examples 10 and 11 (Figures 11 and 12), it was found that an affinity column containing two types of carriers, each with two types of ligands immobilized thereon, was able to separate single-stranded DNA and double-stranded DNA with better separation ability than the use of a single type of ligand.
[実施例13]アフィニティーカラム評価実験-4
2種類のリガンドを含むアフィニティーカラムを評価した。具体的には、図10の(d)に示すように、リガンドとして実施例4で調製したPNA(1)と実施例5で調製したPNA(2)が固定されている担体を含むアフィニティーカラムを使用して、実施例10と同様の手順で、サンプルをアフィニティーカラムにアプライし、それぞれの画分を回収し、RFU値を求めた。なお、PNA(1)とPNA(2)は、ターゲットDNAのそれぞれ別の配列に対して相補的な配列を有するものである。
[Example 13] Affinity column evaluation experiment-4
An affinity column containing two kinds of ligands was evaluated. Specifically, as shown in (d) of FIG. 10, an affinity column containing a carrier on which PNA (1) prepared in Example 4 and PNA (2) prepared in Example 5 were immobilized as ligands was used, and the sample was applied to the affinity column in the same manner as in Example 10, and each fraction was collected and the RFU value was calculated. Note that PNA (1) and PNA (2) have sequences complementary to different sequences of the target DNA.
結果を図14に示す。一本鎖DNAは画分13以降に出現し(図14のA及びC)、二本鎖DNAは主に画分1~4で回収された(図14のB及びC)。この結果を、実施例10及び11(図11及び12)と比較すると、2種類のリガンドを固定した担体を含むアフィニティーカラムは、1種類のリガンドを使用した場合よりも良好な分離能で一本鎖DNAと二本鎖DNAを分離することができることがわかった。The results are shown in Figure 14. Single-stranded DNA appeared from fraction 13 onwards (Figure 14, A and C), while double-stranded DNA was mainly recovered in fractions 1 to 4 (Figure 14, B and C). Comparing these results with those of Examples 10 and 11 (Figures 11 and 12), it was found that an affinity column containing a carrier to which two types of ligands were immobilised was able to separate single-stranded DNA and double-stranded DNA with better separation ability than the case in which one type of ligand was used.
[実施例14]アフィニティーカラム評価実験-5
作製したアフィニティーカラムが塩基ミスマッチを識別するか否かを確認するため、以下のアフィニティーカラム評価実験を行った。
[Example 14] Affinity column evaluation experiment-5
In order to confirm whether the affinity column prepared above can discriminate between base mismatches, the following affinity column evaluation experiment was carried out.
実施例9において調製したオリゴDを一本鎖DNAサンプル(SSDNA)として使用した。このオリゴDは、実施例10で評価を行ったオリゴCとは3塩基異なるものであり、図15のAに示すように、PNA(1)は、その塩基ミスマッチを含む領域に対して相補的な配列を有するものである。リガンドとして実施例4で調製したPNA(1)が固定されている担体を含むアフィニティーカラムを使用して、実施例10と同様の手順で、サンプルをアフィニティーカラムにアプライし、それぞれの画分を回収し、RFU値を求めた。その結果を図15のBに示す。Oligo D prepared in Example 9 was used as the single-stranded DNA sample (SSDNA). This oligo D differs from oligo C evaluated in Example 10 by three bases, and as shown in Figure 15A, PNA (1) has a sequence complementary to the region containing the base mismatch. Using an affinity column containing a carrier on which PNA (1) prepared in Example 4 was immobilized as a ligand, the sample was applied to the affinity column in the same manner as in Example 10, and each fraction was collected and the RFU value was calculated. The results are shown in Figure 15B.
図15のBでは、サンプルは複数の画分で溶出し、一本鎖DNAを分離できなかった。図12のA及び図15のBの結果から、リガンドとしてのPNAは、塩基ミスマッチを認識して一本鎖DNAに結合し、分離できることがわかる。In Figure 15B, the sample was eluted in multiple fractions, and single-stranded DNA could not be separated. From the results in Figure 12A and Figure 15B, it can be seen that PNA as a ligand recognizes base mismatches, binds to single-stranded DNA, and can separate it.
[実施例15]リガンドのアフィニティー能をより良く向上させることが可能なキャッピング剤の選定
担体上のリガンドが固定化された以外の箇所をキャッピングすることが可能である。数種類のキャッピング剤を用いて固定相を作製し、アフィニティーカラムで精製を行う際に与える影響について比較した。
[Example 15] Selection of a capping agent capable of further improving the affinity of a ligand It is possible to cap the sites on the carrier other than the site where the ligand is immobilized. Stationary phases were prepared using several types of capping agents, and the effects on purification using an affinity column were compared.
キャッピング剤が有する官能基として、アミノ基・カルボキシル基・メチル基・グアニジノ基・フェニル基の5種類を候補とし、これに加えアミノ基とカルボキシル基を1つずつ有するキャッピング剤の計6種類の比較を行った。
その結果、正電荷を持つ1,4-ジアミノブタン (アミノ基)とH-Arg-NH2・2HCl (グアニジノ基)をコーティング剤に用いたカラムが最も一本鎖DNAの保持能力が高く、負電荷を持つ5-アミノ吉草酸 (カルボキシル基)、電荷を持たないアミルアミン (メチル基)と4-フェニルブチルアミン(フェニル基)、電荷が±0となるFmoc-Lys-OH・HCl (アミノ基・カルボキシル基)の順で一本鎖DNAの保持能力が低くなっていることがわかった。 As a result, it was found that the column using the positively charged 1,4-diaminobutane (amino group) and H-Arg- NH2・2HCl (guanidino group) as coating agents had the highest ability to retain single-stranded DNA, followed in order by the negatively charged 5-aminovaleric acid (carboxyl group), the uncharged amylamine (methyl group) and 4-phenylbutylamine (phenyl group), and Fmoc-Lys-OH・HCl (amino group・carboxyl group) with a ±0 charge.
そのため、一本鎖DNAの単離又は検出の際には、担体のリガンド固定領域以外の箇所を上記のようなコーティング剤を使用してコーティングすることが好ましいことがわかった。 Therefore, it has been found that when isolating or detecting single-stranded DNA, it is preferable to coat areas of the carrier other than the ligand fixing area with a coating agent such as those described above.
Claims (14)
前記核酸リガンドが、ペプチド核酸(PNA)、ロック核酸(LNA)及びS-オリゴからなる群より選択される少なくとも1つの人工核酸を含み、
前記核酸リガンドが、ペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介した結合により前記担体に固定されている、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤。 A filler for affinity chromatography comprising a carrier and a nucleic acid ligand immobilized on the carrier, the filler comprising a carrier on which a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence and a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence are immobilized;
The nucleic acid ligand comprises at least one artificial nucleic acid selected from the group consisting of peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA) and S-oligo;
A packing material for affinity chromatography, wherein the nucleic acid ligand is immobilized on the carrier by a peptide bond, a disulfide bond or a bond via a linker.
前記核酸リガンドが、ペプチド核酸(PNA)、ロック核酸(LNA)及びS-オリゴからなる群より選択される少なくとも1つの人工核酸を含み、
前記核酸リガンドが、ペプチド結合、ジスルフィド結合又はリンカーを介した結合により前記担体に固定されている、アフィニティークロマトグラフィー用充填剤。 A filler for affinity chromatography comprising a carrier and a nucleic acid ligand immobilized on the carrier, the filler comprising a first carrier having a nucleic acid ligand immobilized thereon, the nucleic acid ligand having a sequence complementary to a first sequence, and a second carrier having a nucleic acid ligand having a sequence complementary to a second sequence,
The nucleic acid ligand comprises at least one artificial nucleic acid selected from the group consisting of peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA) and S-oligo;
A packing material for affinity chromatography, wherein the nucleic acid ligand is immobilized on the carrier by a peptide bond, a disulfide bond or a bond via a linker.
前記複数のリンカーのうち一部に前記核酸リガンドが結合している、請求項1~7のいずれか1項に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤。 A plurality of linkers are immobilized on the surface of the support,
8. The affinity chromatography packing material according to claim 1, wherein the nucleic acid ligand is bound to some of the plurality of linkers.
サンプルを請求項1~10のいずれか1項に記載のアフィニティークロマトグラフィー用充填剤が充填されたアフィニティークロマトグラフィー用カラムに導入する工程、
前記アフィニティークロマトグラフィー用カラムからの溶出に基づいて標的核酸を検出又は同定する工程
を含む、方法。 1. A method for detecting or identifying a target nucleic acid in a sample, comprising:
A step of introducing a sample into an affinity chromatography column packed with the affinity chromatography packing material according to any one of claims 1 to 10;
detecting or identifying a target nucleic acid based on elution from the affinity chromatography column.
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