JPH05503423A - Dna切断用核酸酵素 - Google Patents

Dna切断用核酸酵素

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JPH05503423A
JPH05503423A JP3503580A JP50358091A JPH05503423A JP H05503423 A JPH05503423 A JP H05503423A JP 3503580 A JP3503580 A JP 3503580A JP 50358091 A JP50358091 A JP 50358091A JP H05503423 A JPH05503423 A JP H05503423A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 DNA切断用核酸酵素 産業上の利用分野 本発明は、DNAを切断する核酸酵素に関する。
背景技術 遺伝子の中には、非コードDNAによって分断されるコード配列を育するものが ある。これらの非コード配列はイントロンと呼ばれる。これらの遺伝子から成熟 した転写物を得るには、−次RNA転写物(前駆体RNA)にRNAスプライシ ングと呼ばれる切断一連結反応が起こらなければならない。このRNAスプライ シングにより、ポリペプチドコードメツセンジャーRNA CmRNA)の成熟 転写物、リポソームRNA、またはトランスファーRNA (tRNA)が生ス ル。
イントロンはその構造や、それらが行うスプライシング反応のタイプに基づいて 4つのカテゴリー(グループI、■、■および■)に分類される。
本発明にとって特に興味深いのは、グループIのイントロンである。グループ■ のイントロンは、分子内RNAスプライシング反応を行い、タンパク質のコファ クターを必要としない環状化を起こす。チェック(Cech)、5cience 、236 :1532−1539 (1987)。
テトラヒメナ・サーモフィラス(Tetrahymena thermoph触 媒することが報告されている。ザング(Z a n g)およびチェック(Ce chLScience、229:1060−1064 (1985);およびケ イ(Kay)およびイノウ−?−(Inoue)、Nature、327:34 3−346(+987) この配列特異的リン酸エステル交換反応は、RNAス プライシングとして知られている過程における前駆体RNAからのグループIイ ントロンの除去および2個のエクソンの連結を誘導する。グループ■イントロン によって触媒されるスプライシング反応は、2段階のエステル交換メカニズムを 介して進行する。この反応の詳細は、チェック(Cech)、236:1532 −1539(1987)に最近論評されている。
グループIイントロンのスプライシング反応は、グループIイントロン構造内の 部位ヘゲアノシンまたはグアノシンヌクレオチドが結合することによって開始す る。グアノシンの3′水酸基が5′スプライス部位を攻撃することによって、介 在イントロン配列の5″末端にグアノシンが共育結合する。この反応で5°エク ソンの3″末端にあるウリジンに新しい3°水酸基が生ずる。引き続いて、5゜ エクソンが3′スプライス部位を攻撃し、スプライスされたエクソンと全長線状 グループ■イントロンか生成する。
通常、グループIイントロンはスプライシングに続いて環状化する。この環状化 は、イントロンの5′末端付近の部位に3′末端グアノシンが攻撃することを含 む第三のエステル交換反応を介して起こる。また、イノウニ(Inoue)等、 J、Mo1.Biol、、189:143−165 (1986)に報告されて いるように、グループIイントロンはスプライス部位配列において配列特異的加 水分解を起こす。この活性を利用して配列特異的にRNA基質を切断した報告が なされた。ザング(Zung)等、Nature、324 : 429−433  (1986)。
最近、グループ■イントロンの構造がジエイ・パーク(Burke)、Gene 、73:273−294 (1988)に報告された。この構造は、パーク(B urke)等、Nuc]、Ac1ds Res、15.7217−7221 ( 1987)に報告されているようにPi−B9と呼ばれる9個の塩基対領域によ って特徴付けられている。イントロンが変性する条件下ではその触媒活性が減少 することから明らかなように、このホールディング構造がグループIイントロン の触媒活性に重要である。さらに、グループ■イントロンの基本的な塩基対領域 を破壊する突然変異によって、その触媒活性が減少する。パーク(Burke) 。
Gene、73:273−294 (1988)、また、この領域における塩基 対を回復するような補償的突然変異または二次部位突然変異で触媒活性が回復す る。
ウィリアムソン(Wi I 1 i ams on)等、J、Biol、Che m、、262 :14672−14682 (+987)およびパーク(Bur ke)、Gene、73 : 273−294 (1988)。
RNAを切断する活性を破壊することなしにグループIイントロンから大きいヌ クレオチドセグメントを除去する種々の欠失か報告された(第2図)。パーク( Burke)、Gene、73 : 273−294 (1988)、しかし、 大量の欠失を組み合わせる試みでは、活性および非活性両方のイントロンを生じ た。
ジョイス(Joyce)等、Nucleic Ac1ds Res、、17:7 879(1989)。
今日まで、グループ■イントロンはRNA、またはRNAおよびDNAのいずれ かを含む基質を切断することが示された。ザング(Z u n g)等、5ci ence、231:470−475 (1986):スギモト(Sugimot o)等、Nucleic Ac1ds Res、、17:355−371 (1 989);チェック(Cech)、5cience、236+1532−153 9 (1987)。5個のデオキシシトシンを含むDNAはテトラヒメナ(Te trabymena)IVS、グループIイントロンに対する切断基質とはなら ないことがゾーグ(Z a u g)等、5cience、231:470−4 75 (1986)によって示された。
とが分かった。
そこで、本発明は一本鎖内に存在する所定のヌクレオチド配列の3′末端で一本 鎖DNAを切断する方法を提供する。少なくとも20ミリモル濃度のMgCl2 が存在することを含むDNA切断条件下、有効量の本発明のエンドデオキシリボ ヌクレアーゼで一本鎖DNAを処理する。
また、本発明は、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素、−末鎖DNA および20ミリモル濃度より高い濃度のマグネシウムイオンを含む組成物に関そ の認識部位の3′末端に存在する第一スペーサー領域と、その第一スペーサー領 域の3゛末端に存在するB3〔5°〕領域と、そのB3 (5’ )領域の3′ 末端に存在する第ニスペーサ−領域と、その第ニスペーサ−領域の3°末端に存 在する第一ステムループと、その第一ステムループの3゛末端に存在する第二ス テムループと、その第二ステムループの3゛末端に存在する第三スペーサー領域 と、およびその第三スペーサー領域の3°末端に存在する第三ステムループとを 有し、その第三ステムループが、B3 (5’ )領域にハイブリダイズしうる B3〔3°〕領域を規定するヌクレオチド配列により中断される5゛ステム分を 含む。
第1図は、パネルIA、1B、ICおよび】Dにおいて、それぞれ4個の主要な 前駆体RNAのスプライシングメカニズム、即ちグループTセルフスプライシン グ、グループ■セルフスプライシング、核mRNAスプライスソーマルおよびR NAと会合してスブライスソームを形成している。小さな核リボヌクレオプロテ ィンUlおよびU2の2個のみ示している。核tRNAスプライシングについて は、ダリア(Greer)等、TlB5 9:139−41(1984)に報告 されている。
第2図では、T、サーモフィラス(thermophi la)のブレrRNA イントロンの二次構造が3図に分けて示しである(第2A−2C図)。これらの 関係は各図の矢印で示されており、認識配列およびグループrイントロン中もっ とも保存性の高いコア領域が太字で示しである。種々の構造特性を示すのに使用 した命名法は、パーク(Burke)等、Nucleic Ac1ds Res 、15ニア217−7221 (1987)の標準的命名法に従った。9箇所の 保存された塩基対領域、PI−B9および種々のループが示されている。ヌクレ オチド配7から28および94から95、P3 (5’ )領域はヌクレオチド 96から103、第ニスペーサ−領域はヌクレオチド104から106、第一ス テムループはヌクレオチド107から214、第二ステムループはヌクレオチド 215から258、第三スペーサー領域はヌクレオチド259から261および 第三ステムループはヌクレオチド262から314に存在する。
第3図は、T、サーモフィラス(thermophila)のブレrRNAイン トロンの一部を除いた種々の欠失を3図に分けて示しである(第3A−3C図) 。
これらの関係は各図の矢印で示されている。命名法は、パーク(Burke)等 、Nucleic Ac1ds Res、15ニア217−7221 (191 37)の標準的命名法に従った。各欠失で除去されたヌクレオチドセグメントは 、ギリシャ文字のデルタと除去された塩基対領域の数で示されている。欠失の組 み合わせは、例えばデルタP2/9のように記されている。
第4図は、基質としてGGCCCUCU、A、UA、UA2 (Sl)、d ( GGCCCTCU、A、TA!TA)(S2)、またはd (GC;CCCTC T、A、TA、TA)(S3)を用いた野生型および。P9変異体テトラヒメナ (Tetrahymena)リボザイムのトランススプライシング活性を示して いる。
第5図は、オリゴヌクレオチド基質(S)と反応する能力に基づいたテトラヒメ ナ(Tetrahymena)リボザイム(E)の選択的増幅を示している。
上部:L−12型のりポザイムは、相補的塩基対によりオリゴピリミジン含有R NA基質に結合する。このリボザイムの3′末端のGQNがピリミジン配列に続 くホスホジエステル結合を攻撃し、基質の3′側部分がりポザイムの3′末端に 移行する。中部・RNA触媒反応産物は、cDNA合成を開始するのに使用する オリゴヌクレオチドがハイブリダイズする特定の部位を提供する。下部 T7プ ロモーターを含むプライマーがcDNAにハイブリダイズし、このプロモーター の第二鎖が完全なものとなることによってDNAがRNAに転写される。
第6図は、DNA基質とのトランススプライシング反応を行う能力に基づくテト ラヒメナ(Tetrahymena)リボザイムの構造変異体群の選択的増幅を 示す。レーン1−3・基質無し、RNA基質GGCCCUCU、A、UA、UA 、およびDNA基質d (GGCCCTCT、A、TA、TA)を用いたトラン ススプライシング。レーン4−5 : hランススプライシング産物の選択的c DNA合成。レーン6−8:連続する転写および逆転写サイクル後の選択物質の 増幅。
物質は5%ポリアクリルアミド/8M尿素ゲル電気泳動で分離さね、そのオート ラジオグラムが示されている。
発明の詳細な説明 A、酵素 本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、−末鎖DNA基質を切断しつる。
一般に、エンドデオキシリボヌクレアーゼは、一本fiRNA基質または切断部 位にチミンではなくウラシルを含む修正DNA基質も切断しつる。
リポザイムという言葉は、酵素として機能しうるRNA含有核酸を記述するのに 使用される。リボザイムには、本発明のエンドリボヌクレアーゼおよびエンドデ オキシリボヌクレアーゼが含まれる。
本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、RNA、修正RNA、RNA−D NAポリマー、修正RNA−DNAポリマー、修正DNA−RNAポリマー、ま たは修正RNA−修正DNAポリマーでもよい。RNAはリボース糖およびその 1′部位に塩基としてアデニン、グアニン、ウラシルまたはシトシンを含むヌク レオチドを含む。修正RNAには、リポース糖と、塩基としてアデニン、チミン 、グアニンまたはシトシン、場合によってはウラシルとが含まれている。RNA −DNAポリマーには、リポース糖を含むヌクレオチドおよび、デオキシリボー ス糖と、その糖のl°炭素に結合する塩基としてアデニスチミスおよび/または ウラシル、グアニンまたはシトシンとを含むヌクレオチドが含まれている。
修正RNA−DNAポリマーには、修正RNA、DNA、および場合によっては RNAが含まれている。修正DNAは、デオキシリポース糖を含むヌクレオチド および、塩基としてアデニン、ウラシル、グアニン、シトシン、および場合によ りチミンを含むヌクレオチドを含む。修正DNA−RNAポリマーには、修正D NA、RNA、および場合によってはDNAが含まれる。修正RNA−修正DN Aポリマーには、修正RNA−修正DNA、および場合によってはRNAおよび DNAが含まれる。
本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、所定の塩基配列の3′でDNAを 切断しうる。さらに、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、そのヌクレ オチド配列の5°末端に接続または隣接する認識部位を規定するヌクレオチド配 列と、その認識部位の3゛末端に存在する第一スペーサー領域と、その第一スペ ーサー領域の3′末端に存在するP3〔5°〕領域と、そのP3〔5°〕領域の 3゛末端に存在する第ニスペーサ−領域と、その第ニスペーサ−領域の3″末端 に存在する第一ステムループと、その第一ステムループの3°末端に存在する第 二ステムループと、その第二ステムループの3゛末端に存在する第三スペーサー 領域と、およびその第三スペーサー領域の3゛末端に存在する第三ステムループ であって、P3 (5’ )ffl域にハイブリダイズしうるP3 (3’ ) 領域を規定する5°ステム部分を含む第三ステムループとによって特徴付けられ る。
本発明のエンドデオキソリボヌクレアーゼの認識部位には、そのエンドデオキシ リボヌクレアーゼに高い配列特異性を提供する基質該酸内の相補的な塩基配列に ハイブリダイズしつる少なくとも2から約8個、好ましくは約4から7個の塩基 が含まれる。例えば、認識部位塩基配列5″−〇〇AGG−3’を育する本発明 のエンドデオキソリボヌクレアーゼは、−末鎖DNA基質内に存在する塩基配列 5’ −CCCTCT−3’ を認識しつる(実施例2)。また、同様の認識部 位によってエンドデオキシリボヌクレアーゼは、高い配列特異性をもって修正D NAを切断しつる(実施例2)。
認識部位に存在する塩基が切断を起こす塩基配列を決定する。基質核酸の切断は 認識部位とハイブリダイズする基質ヌクレオチド配列のすぐ3″で起こる。この 切断て基質切断配列上に3′ ヒドロキシル基および元の基質中の基質切断配列 のすぐ3′側にあったヌクレオチド上に5′ リン酸基が生ずる。切断部位は、 認識配列(インターナルガイドシーケンス)に存在する塩基を変えることにより 変更できる。マーフィー(Murphy)等、Proc、Natl、Acad、 Sci、、USA、86 :9218−9222 (+989)。(本明細書中 のすべての文厭は参考としてここに含める。) さらに、ポリアミンが存在する なら認識部位中にいかなる塩基の組み合わせも使用しうる。例えば、ドーナ(D oudna)等、Nature、339:519−522(+989)番孔一般 に、ポリアミンにはスペルミジン、パトレシンまたはスペルミンが使用される。
約5mM濃度のスペルミジンが前動であることが示された。又、認識部位は、分 離した核酸、つまりエンドデオキシリボヌクレアーゼの残りの部分に共有結合し ていない外部認識部位としても提供しうる。外部認識部位がエンドデオキシリボ ヌクレアーゼに特異的塩基配列の切断を指令しうることがドーナ(Doudna )等、Nature、339:519−522 (1989)に報告されティる 。外部認識部位を使用する場合、それとともに使用するエンドデオキシリボヌク レアーゼには認識部位は含まれないか、P3 (5’ )領域、第ニスペーサ− 領域、第一ステムループ、第二ステムループ、第三スペーサー領域およびP3  (5’ )領域にハイブリダイズしうるP3〔3″〕領域を規定する5゛ステム 分を含む第三ステムループが含まれる。
外部認識部位とともに本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼを使用すると、 外部認識部位配列を変えるだけで標的配列を変えることが出来る。本発明のエン ドデオキシリボヌクレアーゼと種々の外部認識配列を使用すると、外部認識配列 でコードされる種々の塩基配列の各所で基質核酸を切断することが出来る。
一般に、第一スペーサー領域には、長さ約3−約7塩基、好ましくは約5塩基の ヌクレオチド配列が含まれる。第一スペーサーを構成しているヌクレオチドは配 列5′−NNNNA−3’ (Nは、その位置におけるいずれかのヌクレオチド を示す)を有していることか望ましい。第一スペーサー領域は、配列5° −A ACAA−3′で規定されることが更に好ましい。
他の好ましい態様における第一スペーサー領域には二つのスペーサーステムルー プを規定するヌクレオチドが含まれる。第一スペーサ−ステムループは、25ヌ クレオチド長、および第ニスペーサ−ステムループは、36塩基長であることが 望ましい。また、第一スペーサ−ステムループは、塩基配列〉5’ −AGUU ACCAGGCAUGCACCLIGGUAGUCA−3’を、また第ニスペー サ−ステムループは、塩基配列:5’ −GUCUUUAAACCAAUAGA UIJ−GGAUCGGUULIAAAAGGC−3’を有することが更に好ま しい。
ステムループとは、それ自身上でホールディングしたヌクレオチド配列により形 成される二次構造である。ステムループには、P(5°)の3゛に存在し、3塩 基対セグメント(P〔3″〕)と呼ばれるヌクレオチド配列にハイブリダイズし うる、5゛塩基対セグメント(P〔5″〕)と呼ばれる5′ ヌクレオチド配列 部分が含まれる。ステムループにおいてP C5’ )とP C3” Eはルー プと呼ばれるヌクレオチド配列で連結されている。P (5’ )とP (3’  )はハイブリダイズして核酸二本鎖を形成する。P (5’ )とP [3’  )によって形成された核酸二本鎖は完全な二本鎖である必要はなく、ステムル ープの外側の配列と塩基対を形成しているか、または形成していない一連のヌク レオチドが含まれる。
好ましい態様のP3 C5’ )領域は、8個のヌクレオチドの配列を育する。
このP3 (5’ )領域に存在する8個のヌクレオチドは、P3 (5’ ) 領域がP3C3′〕領域とハイブリダイズし、第2図に示した第三塩基対セグメ ント、P3を形成しつる限りとのようなヌクレオチドでもよい。P3 (5’  ) i域およびP3(3’)IW域によるP3の形成は、ジョン・パーク(Jo hn Bur’ke)。
Gene、73 : 273−294 (+988)j:概説されテいルヨウニ 触媒活性に必須である。
P3〔5°)は、ヌクレオチド配列5’ −GACCGUCA−3’ を育しテ いることがより好ましい。しかし、P3〔5°〕領域ヌクレオチド配列は、P3 が形成しうるか、もしくはウィリアムソン(Wi 11 i ams on)等 、J、Biol、Chem、、262:14672−14682 (1987) に示されているようにP3 (3’ )領域ヌクレオチド配列の補償的変化があ る場合には変化させることが出来る。
好ましい態様の第ニスペーサ−領域は、約3ヌクレオチド長である。一般に、こ のスペーサーを含むリポザイムか望ましい触媒活性を保持するかぎり、この第ニ スペーサ−の3個のヌクレオチドはどのようなものでもよい。
この第ニスペーサ−領域は、ヌクレオチド配列5″−AAU−3’ を有するこ とが更に好ましい。しかし、この配列は、望ましい触媒活性が保持されるかぎり 変化させることが出来る。
好ましい態様の第一ステムループのヌクレオチド長は、約108である。この第 一ステムループは、第2図のヌクレオチドI 07−214に対応することが更 3° に好ましい。この第一ステムループの10個の5′末端ヌクレオチド(第 2図の(ヌクレオチド107−117)および10個の3°末端ヌクレオチド( 第2図のI■ ヌクレオチド204−214)は既知触媒機能にもっとも重要で ある。例えば、【 ジョン パーク(John Burke)、Gene、73 :273−294’ (1988)。
【 別の好ましい態様の第一ステムループの長さは、約39ヌクレオチドである 。
[この第一ステムループは、第2図のヌクレオチド107−126および196 −214に対応し、ヌクレオチド126が直接ヌクレオチド19Gに結合してい るものであることがより好ましい。
別の好ましい態様の第一ステムループの長さは、2oヌクレオチドである。この 第一ステムループは、第2図のヌクレオチド107−116およびヌクレオチド 205−214に対応し、ヌクレオチド116が直接ヌクレオチド205に結合 しているものであることがより好ましい。
好ましい態様の第二ステムループの長さは、約44ヌクレオチドである。この第 二ステムループは、第2図のヌクレオチド215−258に対応することがより 好ましい。5′末端の5個のヌクレオチド(第2図のヌクレオチド215〜21 9)および3°末端の5個のヌクレオチド(第2図のヌクレオチド254−25 8)は既知の触媒活性機能にもっとも重要である。例えば、ジョン パーク(J ohn Burke)、Gene、73:273−294 (1988)。
別の好ましい態様の第二ステムループの長さは、約25ヌクレオチドである。
この第二ステムループは、実質的に第2図のヌクレオチド2+5−227および ヌクレオチド247−258に対応し、ヌクレオチド227が直接ヌクレオチド 247に結合しているものであることがより好ましい。別の好ましい態様の第二 ステムループの長さは、約9ヌクレオチドである。この第二ステムループは、実 質的に第2図のヌクレオチド215−220およびヌクレオチド255−258 に対応し、ヌクレオチド220が直接ヌクレオチド256に結合しているもので あることがより好ましい。
好ましい態様の第三スペーサー領域の長さは約3ヌクレオチドである。この第三 スペーサー領域は第2図のヌクレオチド259−261に対応することがより好 ましい。触媒活性が保持されるかぎりヌクレオチドの変化か可能である。例えば 、ウィリアムソン(Wj I I i ams on)等、J、Biol、Ch em、。
262:14672−14682 (1987)参照。ここでは、ヌクレオチド 部位259かAに、ヌクレオチド261がCに変化しているが、スプライシング 活性は保持されている。部位260のヌクレオチド(* 2 IN)が、G、  AまたはUに変化しても望ましい触媒活性は保持されるという報告がある。ジョ ン・パーク(John Burke)、 Gene、 73:273−294  (1988)、好ましい態様の第三ステムループの長さは約51ヌクレオチドで ある。これらの51個のヌクレオチドは、P3 (5’ ) iW域にハイブリ ダイズしうるP3 C3’ )領域を規定する5゛ステム分、ループおよび3゛ ステム分に分けられる。P3〔3°〕領域の長さは約8ヌクレオチドであること が望ましい。しかし、P3〔3゛〕の長さはP3 (5’ )の長さに応じて変 化させることが8来る。P3[3′〕領域は、第三ステムループの5゛末端から 約10ヌクレオチドのところから始まることが好ましい。
この第三ステムループの長さは5ヌクレオチドで、これらのヌクレオチドが実質 的に第2図のヌクレオチド262−312に対応することがより好ましい。P3  (3’ )IN域の長さは約8ヌクレオチドで、これらのヌクレオチドか実質 的に第2図のヌクレオチド27+−278に対応することが望ましい。欠失、突 然変異、復帰突然変異および挿入を含む変化か第三ステムループおよびP3 C 3’ )領域に起こり、カリ望ましい触媒活性が維持されることがある。例えば 、パーク(Burke)等、Ce]]、45:]]67−176(1986)お よびウィリアムソン(Wi I I i ams on)等、J、BioL C hem、、262 : 14672−14682 (1987)参照。ここでは 、ヌクレオチド266が6に変化し、かつヌクレオチド309がCに変化する補 償的突然変異が起きているが、望ましい触媒活性は保持されている。ヌクレオチ ド268のCへの変化同時にヌクレオチド307のCへの変(Lおよびヌクレオ チド268のUへの変化、並びにヌクレオチド307のAへの変化も望ましい触 媒活性か維持されることが示る。ヌクレオチド301のCへの変化(第2図)、 302の6への変イIZ、 303のCへの変化はエステル転移活性を失活させ るが、部位特異的切断またはGTP結合活性を失活させることはない。ウィリア ムソン(Wi l I i ams on)等、J、Biol、Chem、、2 62 :14672−14682 (1987)参照。
ヌクレオチド296および298の補償的変化を伴うヌクレオチド280および 282(第2図)の変化は、ジョン・パーク(John Burke)、Gen e、73:’273−294 (1988)に報告されているように望ましい触 媒活性を保持する。これらの突然変異は所定の2次構造を維持しており、同様の 突然変異も目的の触媒活性を維持することが期待される。
ヌクレオチド100および102の補償的変化を伴う、P3〔3°〕領域中ヌク レオチド272および274(第2図)の変化が起きても、目的の触媒活性は維 持される。ウィリアムソン(Wi I ] i amson)等、J、Biol 、Chem、、262:14672−14682 (1987)およびイノウ− r−CIn。
ue)等、Ce1l、43:431−437 (1985)参照。ステムループ 、塩基対またはスペーサーなど特定の二次構造か維持されるかぎり、上述の変化 と同様の変化は目的の触媒活性を維持するであろう。
また、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、第三ステムループの3′末 端に付加的なステムループを含むことが出来る。この付加的ステムループには目 的の触媒活性が維持されるかぎり、どのような数のループも含むことができる。
この付加的ステムループは、実質的に′M2図のヌクレオチド316−402に 対応するヌクレオチド配列を育することが好ましい。
好ましい態様において、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、上述の突 然変異を一つ以上含むことか出来る。一般に、これらの欠失はステムループ、P 3 (5’ )、 P3 (3’ ) 、スペーサー領域または認識配列のヌク レオチド配列の長さを変化させるか、またはその配列を修正する。一つの触媒的 に活性なエンドデオキシリボヌクレアーゼの突然変異か別の触媒的に活性なエン ドデオキシリボヌクレアーゼの変異と組み合わさって、両方の突然変異を含む新 しいエンドデオキシリボヌクレアーゼを生ずることもある。
別の好ましい態様における本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、当分野 でよく知られている種々の方法で導入されるランダムまたは限定された突然変異 を有してもよい。例えば、ジョイス(Joyce)等、Nucleic Ac1 ds Res、+7:711−712 (1989)にN告されている方法には 、二本鎖のコード鎖の切断、変異性オリゴヌクレオチドによるテンプレート鎖の 再構築、および部分的にミスマツチしたテンプレートの転写が含まれる。このこ とで、所定の部位に既知のまたはランダムなヌクレオチド配列を含むポリヌクレ オチド含ませることにより、分子内のいずれかの部位に規定のまたはランダムな 変異を導入することが出来る。別に、逆転写反応において、TTPの代わりに5 −Br dUTPを用いることによりエンドデオキシリボヌクレアーゼに突然変 異を導入することが出来る。5−BrdUは、“ワブル(wobble)’位置 のdG並びに標準的ワトランークリック位置のdAと塩基対を作ることが出来、 この事は、AからG、およびGからAへのトランジションを可能にする。同様に 、転写反応において、UTPの代わりに5−Br UTPを使用すると、引き続 <RNA合成においてCからUおよびUからCへのトランジションが起こる。
B 方法 本発明の方法は、−重鎖DNA、修正DNA、RNAおよび修正RNAを含む一 本鎖核酸を切断するのに前動である。この−末鎖核酸は、本発明の酵素かその認 識配列により基質切断配列にハイブリダイズできるように基質切断配列またはそ の近傍で一本鎖でなければない。
本発明の方法により切断される一本鎖核酸は、化学的に合成されたもの、酵素的 に合成されたもの、またはファージ、ウィルス、または植物細胞、真核細胞、酵 母細胞および細菌細胞を含む種々の細胞から単離されたものである。化学的に合 成された一本鎖核酸は、リサーチ・ジエネティクス(ハンッピル、アラバマ)を 含む種々の業者から市販されている。M+3クローニングベクターなどの一本鎖 ファージは、メンング(Me s s i ng)等、Proc、Nat ]、 Acad。
Sci、、USA、74 :3642−3646 (1977)およびヤナッン ユーぺ口−(Yan jsch−Perrow)等、Gene、33:103− 119(1985)に報告されている。−重鎖ファージを含む細菌細胞も適当な 一本鎖DNAの単離源となる。パルボウイルス等の一本lDNAウイルスまたは 肝炎ウィルス等の部分的一本lDNAウイルスなどのウィルスは、本発明の方法 で切断しうる一本fillDNAを提供する。本発明の方法で切断しつる一本鎖 DNAは、ピコルナウィルス、トガウィルス、オルソミクトウイルス、バラミク トウイルス、ラブドウィルス、コロナウィルス、アレナウイルス、またはレトロ ウィルス等のRNAウィルスによっても提供される。
本発明の方法は、真核、原核、植物、哺乳類、酵母または細菌細胞を含む細胞内 に存在する一本鎖核酸に使用できる。このような条件下、本発明の方法は、抗ウ ィルス剤、または遺伝子発現の調節剤として使用しうる。
本発明の方法は、所定の塩基配列の3゛末端で一本鎖DNAを切断する。この所 定の塩基配列または基質切断配列には2から8個のヌクレオチドが含まれる。
この方法を用いると、このエンドデオキシリボヌクレアーゼの認識配列を修正す ることによりいかなるヌクレオチド配列も切断可能となる。この事はその位置に 制限エンドヌクレアーゼ部位を持たない一本1gDNAを切断することを可能に し含む一本1gDNAが生ずる。さらに、この切断はエンドデオキシリボヌクレ アーゼ酵素と元の一本1DNA基質の残りを結合する。この切断反応およびその 産物は、ジープ(Z a u g)およびチェック(Cech)、5cienc e、231:470−475 (1985)およびT、 R,チェック(Cec h)、Annual Rev、of Biochem、、59: (1990) に報告されているテトラヒメナ(Tetrahymena)リボザイムによる切 断反応および産物と同様である。本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼは、 イノウニ(In。
ue)等、J、Mo1.Biol、、189:143−165 (1986)t 、:よりRNAへのりボザイムの作用に関して述べられている位置における部位 特異的切断と同様に、エンドデオキシリボヌクレアーゼの3′末端グアノシンに 続くホスホジエステル結合における部位特異的加水分解により一本1DNA基質 の残りの部分から分離される。基質からのエンドデオキシリボヌクレアーゼの分 離で、そのエンドデオキシリボヌクレアーゼによる別の切断反応が可能となる。
一本fiDNAをDNA切断条件下、有効量の本発明のエンドデオキシリボヌク レアーゼで処理する。このDNA切断条件には、少なくとも20mM以上のMg Cl2の存在が含まれる。
エンドデオキシリボヌクレアーゼの有効量とは、一本lDNA内に存在する所定 の塩基配列を切断するのに必要なエンドデオキシリボヌクレアーゼの量である。
エンドデオキシリボヌクレアーゼは、基質切断部位に対しl/1−1/20のモ ル比で存在することか望ましい。この比は、使用する特定のDNA切断条件下の 特定のエンドデオキソリボヌクレアーゼの処理時間および効率に依存して変化し つる。
一般に、処理には、水性溶液中での一本鎖DNA、酵素およびMgC1xの混合 によるDNA切断混合物の生成、およびDNA切断条件下、エンドデオキシリボ ヌクレアーゼが一本鎖DNA中に存在する所定のヌクレオチド配列における一本 鎖DNAを切断するのに十分な時間生成した混合物を維持することが含まれる。
エンドデオキシリボヌクレアーゼが一本鎖DNAを切断するのに必要な時間は、 あらかじめ測定しておくことが望ましい。その時間は、約5分から約24時間で あるが、反応物の濃度や反応温度により変わるであろう。通常、この時間は、エ ンドデオキシリボヌクレアーゼが存在するいずれかの所定のヌクレオチド配列を 切断するように約30分から約4時間の間となる。
このDNA切断条件には、少なくとも20mMのMg CI 2の存在が含まれ ることが望ましい。一般に、DNA切断条件には、約20mMから約150mM のMg C] 2か含まれる。DNA切断条件に含まれる至適MgCLa度は、 所定のM g Cl 1濃度において切断される一本lDNA量を測定すること で決定される。当業者には、至適MgCL11度が使用するエンドデオキシリボ ヌクレアーゼに依存して変化することか理解されよう。
DNA切断条件には、約pH6,0から約pH9,0のpH条件か含まれること か望ましい。当業者には、DNA切断に使用するpHがエンドデオキシリボヌク レアーゼの活性構造を維持させつるかぎり、本発明の方法を広いpH範囲で使用 できることが理解できよう。活性構造を持つエンドデオキシリボヌクレアーゼは 、所定のヌクレオチド配列のところで一本1JiDNAを切断しつる能力で容易 に検出できる。DNA切断条件には、約pH7,0から約pH8,0のpH値が 使用されることがより望ましい。また、約pH7,5のDNA切断条件が使用さ れることか最も望ましい。
DNA切断条件には、約15°Cから約60゛Cの温度が含まれることか望まし く、さらに約30°Cから約56°Cの温度が含まれることがより望ましい。D NA切断条件の温度は、特定の温度におけるエンドデオキシリボヌクレアーゼの 切断速度および安定性によってのみ制約を受ける。もつとも望ましいDNA切断 条件温度は、約37°Cから約50℃の範囲にある。
別の好ましい方法において、本発明はポリアミン存在下におけるDNA切断条件 に関する。本発明を行うのに前動なポリアミンには、スペルミジン、パトレシン 、スペルミンなとか含まれる。ポリアミンとしてはスペルミジンを使用し、その 濃度は約1mMから約15mMの範囲にあることが望ましい。また、約2mMか ら約5mMの濃度範囲のスペルミジンが存在するDNA切断条件がもつとも望ま しい。
また、本発明は所定の活性を有する核酸の生産方法に関する。目的の活性は触媒 活性であることか望ましい。
グループI核酸集団を変異条件で処理して、多様な変異核酸集団を生成する。
好ましい態様におけるグループI核酸集団は、少なくとも2個のグループI核酸 から成り立っている。グループI核酸は、少なくともそのヌクレオチド配列の5 °末端に連続、または隣接する認識部位を規定する核酸、認識部位の3′末端に 存在する第一スペーサー領域、第一スペーサー領域の3′末端に存在するP3〔 5′〕領域、P3 (5’ )領域の3′末端に存在する第ニスペーサ−領域、 第ニスペーサ−領域の3′末端に存在する第一ステムループ、第一ステムループ の3′末端に存在する第二ステムループ、第二ステムループの3°末端に存在す る第三スペーサー領域、および第三スペーサー領域の3′末端に存在し、かつP 3(5’)領域にハイブリダイズしつるP3 (3’ )領域を規定する5゛ス テム分を含む第三ステムループを育する核酸である。
好ましい態様における変異条件には、グループ■核酸内に所定の、またはランダ ムなヌクレオチド置換を誘導する条件か含まれる。典型的な変異条件の例には、 本明細書の別の部分に述べられている条件およびジョイス(Joyce)等、1 7:711−722 (1989)およびジョイス(Joyce)、Gene、 E2:83−87 (1989)に述べられている方法が含まれる。
好ましい態様において、多様な変異核酸集団には全く同じ配列を持たない少九く とも2個以上の核酸分子が含まれる。
所定の活性を育する核酸が所定の活性を示す能力に基づいて多様な変異核酸身回 から選択される。
好ましい態様における選択には、多様な変異核酸集団から所定の活性を有すイ変 異核酸を物理的に分離する何らかの手段が含まれる。一般に、選択には、サイズ による分離、触媒活性の存在による分離および溶液中または固体マトリクスに固 定した他の核酸へのハイブリダイゼーションによる分離が含まれる。所定の活性 は、その活性を有する変異核酸がその活性によって何らかの様式でラベル化され るものであることが望ましい。例えば、その活性はエンドデオキシリボヌクレア ーゼ活性であり、その基質に変異核酸が作用することによりその変異核酸が基質 に共有結合する。その共有結合によって変異核酸か選択される。
他の好ましい態様における所定の活性を有する変異核酸の選択には、ジョイス( Joyce)、Gene、82:83−87 (+989)に述べられている変 異核酸の増幅が含まれる。
D1組成物 本発明は、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素、一本1JDNAおよ び20mMより高い濃度のマグネシウムイオンを含む組成物に関する。
エンドデオキシリボヌクレアーゼは、約0.05gMから約2mMの濃度で存在 することが望ましい。一般に、エンドデオキシリボヌクレアーゼは、エンドデオ キシリボヌクレアーゼ対一本mDNAが約1対5から約1対50の濃度比で存在 することが好ましい。さらに、エンドデオキシリボヌクレアーゼは約0.1μM から約1μMの濃度で存在することがより望ましい。また、エンドデオキソリボ ヌクレアーゼを約0. 1μMから約0.5μMの濃度で含む組成物がもっとも 望ましい。
■ −重鎖DNAは、組成物中に約0.5μMから約1000μM存在すること が8 望ましい。当業者には、合成りNA、ファージDNA、変性二本MDNA 、ウィルスDNAおよび細胞DNAを含む多くの一重鎖DNA&があることが理 解されな よう。
組成物中のマグネシウムの濃度は、約20mMから約200mMの範囲にある醜  ことか望ましく、さらに、約20mMから約150mMの濃度範囲にあること がより望ましい。当業者は、このマグネシウムイオン濃度が水性溶液におけるマ グる 7 ネシウムの溶解度の限界および同組成物中に存在する活性構造のエン ドブオキシイ リボヌクレアーゼに必要とされる量によってのみ規定されること が理解されよう。
二 また、本発明は、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素、一本!I DN舌 A、20mMより高い濃度のマグネシウムイオンおよびポリアミンを含 む組成物さ に関する。
ノ ポリアミンはスペルミジン、バトレシン、またはスペルミンが望ましい。ポ リを アミンがスペルミジンであり、その濃度が約2mMから約10mMの範囲 にあることがより望ましい。
ζ また、本発明は、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素、第一の一 本2 鎖DNA、20mMより高い濃度のマグネシウムイオン、3′末端に水酸 基を育する第二の一本lDNA分子、および5゛末端にグアニンヌクレオチドを 有する第三の一本jJIDNA分子を含む組成物に関する。
また、本発明は、本発明のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素、一本@DNA 、および20mMより高い濃度のマグネシウムイオンを含む組成物であって、該 −重鎖DNAの長さが、エンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素上に存在する認r  識部位よりも長い組成物に関する。
実施例 以下の実施例は本発明を説明するものであって、これを制限するものではない。
1、エンドデオキシリボヌクレアーゼの調製野生型および変異体リポザイムは、 まず、Current Protocols in Mo1ecular Bi ology、オースベル(Ausubel)等、纒、ノヨン・ウィリー・アンド ・サンズ版、ニューヨーク(1987)に述へられている標準的方法を用い、ジ ープ(Z a u g)等、Biochemistry、27:9824 (+ 988)に報告されているプラスミドPT7−21から443塩基対のEcoR I−HindI[r制限エンドヌクレアーゼフラグメントを単離することにより 生成した。
この433塩基対のフラグメントには、ダン(D u n n)等、J、 Mo 1. Biol、、166:477−535 (1983)に報告されているT 7プロモーターおよびビーン(Been)等、Ce1l、47:207−216  (1986)に報告されているテトラヒメナ(Tetrahymena)IV Sの残基22−414および3゛テトラヒメナ(Tetrahymena) エ クソンの残基ニー25が含まれている。このEcoRIおよびHindffフラ グメントを、Current Protocols in Mo1ecular  Biology。
オースベル(Ausubel)等、纏、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ版、 ニューヨーク(1987)に述べられている標準的サブクローニング法を用い、 あらかじめEcoRTおよびHindllrで切断した、ヤニッシ・ベロー(Y anisch−Perrow)等、Gene、33 : 103−119 (1 985)に述べられているベクターと同様のM13ベクター、M13mp18に 挿入した。
生成したMl 3T7L−21DNA構築物を、マニアチス(Man i a  t i s)等、Mo1ecular Cloning、A Laborato ry −Mannual、コールドスプリングハーバ−ラボラトリーズ、コール ドスプリングハーバ−1NY(1989)に述べられている形質転換操作にした がって大腸菌宿主細胞に形質転換した。Current Protocols  in Mo1ecular BiologY、オースベル(Ausubel)等 、纒、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ版、ニューヨーク(1987)に述べ られている操作にしたがい、Ml 3T7L−21形質転換細胞から、−重鎖D Nへを調製した。
この構築物の同定は、大腸菌DNAポリメラーゼTのクレノー(klenow) フラグメント(ベーリンガー・マツハイム・バイオケミカルズ、インデアナポリ ス、IN)およびサンガー(Sanger)等、Proc、Natl、Acad 、Sci、。
USA、74 :5463−5467 (+ 977)に報告されているジデオ キシヌクレオチド・ソーケンシング法を用いたDNAシーケンシングで確認した 。
野生型および変異体リボザイムは、ジョイス(Joyce)およびイノウニ(I noue)、Nucleic Ac1ds Re5earch、17:711− 722 (1989)に述べられている方法の修正法を用いて直接−重鎮M13 T7L−21DNAから調製した。この方法には、場合によっては一つ以上の変 異オリゴデオキシヌクレオチドを含むテンプレート鎖の構築が含まれる。生成し た部分ミスマツチ二本11DNAをT7RNAポリメラーゼを用いて直接転写し た。簡単にいうと、5倍モル過剰量のターミネータ−ポリヌクレオチドおよびミ ューチーターオリゴを5μgの一本鎖Ml 3T7L−21DNAおよびHCI でpH7,5に調整した20mMトリス〔ヒドロキシメチルコアミノメタン(ト リス−HCI)、50mM Na(lおよび2mM MgClxを含む溶液と混 合した。この溶液を70’Cに5分間推持し、ついで、40分間かけて30°C まてゆっくり冷やした。この溶液に、最終濃度20mM)リス−HCl (pH 7,5)、50rnM NaC1,5mM MgC1t、2mM ジチオスレイ トール(DTT)、ImM アデノシン三リン酸(ATP)および各0.5mM  dGTP。
dTTP、dATPおよびclcTP (dNTP)とするのに十分な量の試薬 とともに、15ユニツトのT7DNAリガーゼ(U、S、バイオケミカルズ、ク リーブランド、オハイオ)および7.5ユニツトの74DNAポリメラーゼ(U 、 S。
バイオケミカルズ)を添加した。この溶液を37°Cで60分間維持し、変異鎖 の合成を完了させた。生成したDNAはエタノール沈殿により精製し、変異体R NAの転写に使用した。
転写は、18gの変異DNA、2μCi(α”P)GTPおよびダバンロー(D avan ] oo)等、Proc、Na t 1.Acad、Sc i、、U SA。
81 : 2035−2039 (1984)で述べられているようニ調製した 50LニツトのT7RNAポリメラーゼを含む混合物中CIOμm)で行い、パ トラ−(Butler)およびチャンバレイン(Chamberlain)、J 、Bio、Chem、、257: 5772−5779 (1982)で最初に 開発された操作に従って精製するか、もしくは、10ggの変異DNA、40μ Ci(’H)UTPおよび2,400ユニツトのT7RNAポリメラーゼを含む 混合物中(400μm)で行った。いずれの場合も、この転写混合物のなかには 40mMトリス−HCl (pH7,5)、15 mM M g Cl 2.1 0mM ジチオスレイトール、2mM スペルミジン、および各1mM dNT Pが含まれ、これを37℃で90分間インキュベートした。T7RNAポリラー ゼをフェノールで抽出し、転写産物をエタノールで精製し總変異RNAを5%ポ リアクリルアミド/8M尿素ゲル電気泳動、ゲルからの溶出、エタノール沈殿に よる精製およびセファデックスG−50によるクロマトグラフィーによって単離 した。
デルタP2変異体は、変異オリゴヌクレオチド01(表1および第3図)を用い て調製した。部分ランダム化デルタP2変異体は、変異オリゴヌクレオチド02 (表1および第3刀を用いて調製し九デルタP5変異体は、変異オリゴヌクレオ チド03または04(表Iおよび第36を用いて調製した。デルタP5変異体は 、変異オリゴヌクレオチド05(表1および第3図)を用いて調製した。
デルタP5b変異体は、変異オリゴヌクレオチド06(表1および第3図)を用 いて調製した。デルタP9変異体は、変異オリゴヌクレオチド07(表1および 第3図)を用いて調製した。
野生型およびデルタP9欠失を含むもの以外の変異RNAの3′末端は、オリゴ ヌクレオチド08(表1および第3図)で規定し九デルタP9欠失を含む変異体 は、3′エクソンの10ヌクレオチドを含む転写物を生成するデルタP9変異オ リゴで規定された。
表1 OX) 5’−Tj−ゝGACGI:、TαrTG買CCごCごjYAGTG八 G−31へ2) 5’−TI’TGACGGTCTトドN’NCCCTCCTA TλGTGkG−’J 10w1) 5l−TGCGTGG?rλσmcccG ωG−3104151−GにACTTGにCTGCGT’GにTTACTT丁C CCにCAA−310515’−T’ITAGTCTGTGAACT(?rGに C−30615’−TCTGTGAACTGCATCCAAGCT?’AGGA CTTGG−3’07) 5嘗−GGCTACCTTACGAにTACTCCG ACTATATCTTAT−3’08) 5’−CGAGTACTCC入入A入 C−313へ人工クソンeすは、イノウニ(Inoue)等、J、Mo1.Bi ol、。
189:143−165 (1986)に述べられているRNA触媒による部位 特異的加水分解で除去した。簡単にいうと、RNAを50mM CHES (p H9゜0)およびl OmM Mg C12の存在下、42°Cで1時間インキ ュベートした。
野生型および変異体RNAを5%ポリアクリルアミド/8M尿素ゲル電気泳動、 ゲルからの溶出、およびデュポン・ネンソーブ(デュポン、ウィルミントン、D E)によるアフィニティークロマトグラフィーにより単離した。このRNAは、 デルタP9欠失を含むものに対してドニス・ケラ−(Don i 5−Ke I  I e r)等、Nucleic Ac1ds Res、、15:8783− 8798 (1987)に述べられているRNaseによる部分消化で3°末端 からシーケンソングしたこと以外は、サンが−(Sanger)等、Proc、 Natl、Acad、Sci、、USA、74:5463−5467 (+97 7)の方法の修正法を用い、ジデオキシヌクレオチドの存在下AMVi!転写酵 素(ライフ・テクノロジー、ゲイサースバーグ、MD)を用いたプライマー伸長 分析でシーケンシングした。
RNA基質5’ −GGCCCUCUAI2−3’ は、ミリガン(Mi 11  i gan)等、Nucleic Ac1ds Res、、4:2527−2 538(1977)の方法に従い、部分的−重鎖合成りNAテンプレートを用い たインビトロ転写により調製した。このテンプレートには、T7RNAポリメラ ーゼのプロモーター(部位−17から+1)とこれに続く一本鎖テンプレート配 列3′−CGGGAG−AT、0−5″の両鎖が含まれている。これで、5’  −GGCCCUCUA、−3°ff1(n=9−16)のラン・オフ転写物か得 られる。この生成物を20%ポリアクリルアミド/8M尿素ゲル電気泳動、ゲル からの溶出、デュポン・ネンソーブによるアフィニティークロマトグラフィーで 分離し、ドニス・ケラ−(Donis−Ke目er)等、NucIeic Ac 1cls Res、。
15:8783−8798 (1987)に述べられているRNaseによる部 分消化でシーケンシングした。配列5“ −GGCCCUCUA、2−3” を 有するRNA基質を本実験を通じて使用した。
DNA基質は、業者から購入するか(例えば、リサーチ・ジエネティクス、ハン ツビル、AL)、または使用説明書に従いアプライド・バイオシステムズ(フォ スターシティ−1CA)を用いて合成した。
Z エンドデオキシリボヌクレアーゼによる一本i[DNAの切断3個の異なる 基質を切断するデルタP9変異体および野生型リポザイムの能力を測定した。反 応は、0.02M リボザイム、2.0μMのGGCCCUCUA2UA2UA 2 (Sl)、d (GGCCCTCU、A、TA、TA)(S2)またはd  (GGCCCTCT、A、TA、TA)(S3)のいずれか、30mMN−〔2 −ヒドロキシエチルゴーピペラジン−N’−(3−プロパン−スルホン酸] ( EPPS)(pH7,5)、50 mM Mg Cl 2および2mM スペル ミジンを混合することにより行った。この溶液を50°Cに1時間維持した。反 応産物は、5%ポリアクリルアミド/8M尿素ゲル電気泳動で分離した。このゲ ルでX線フィルムを感光しオートラジオダラムを作成した(第4図)。
デルタP9リボザイムは、DNA基質Sl、修飾DNA基質S2およびDNA基 質S3を切断した(第4図)。
3、DNAを切断しうる変異体リボザイムの選択DNA基質を切断しつる変異体 リボザイムを、GF、ジョイス(Joyce)。
Gene、82:83−87 (1989)に報告されているインビトロ進化シ ステムを用いて選択した。この技術で、テトラヒメナ(Tetrahymena )リボザイム構造変異体集団の中から特異的反応を触媒しつるテトラヒメナ(T etrahymena)リポザイムの構造変異体を選択的に増幅できる。
このインビトロ進化技術を用いて、ポリデオキシリポ核酸を切断しつるテトラヒ メナ(Tetrahymena)リボザイム構造変異体を選択した(第5図)。
この方法の第1ステツプは、ジョイス(Joyce)、Gene、82:83− 87(1989)に述へられているRNA基質に存在するピリミジン配列に続く ホスホジエステル結合をその3′末端グアノンンか攻撃することを含むリポザイ ムのトランス・スプライシング反応である。この反応の産物は、目標のホスホジ エステルの下流に存在する基質配列に結合したりポザイムである(第5図、上) 。
オリゴヌクレオチドブライマーか連結結合部にまたかってハイブリダイズし、逆 転写酵素による相補的DNAの合成開始に使用される場合に選択か起こる(第5 図、下)。このプライマーによる連結は未反応の原料では起こらず(反応産物と 比較すると101以下、検出限界以下)、従って反応産物の選択的逆転写が可能 となる。この選択された物質を増幅するために、T7RNAポリメラーゼのプロ モーターの一方の鎖を含むプライマーをこのcDNAの3′末端にハイブリダイ ズし、このプロモーターの第2@をDNA依存DNAポリメラーゼで完全なもの とした後、ジョイス(Joyce)、G、F、、Mo1ecular Biol ogy of RNA、UCLA Symposia On Mo1ecula r and Ce1lular Biology、チェック(Cech)、TR 4等纒、94:361−371.アラン(Alan)、R,リス(Liss)。
ニューヨーク、 (1989)およびつ才つ(Kwoh)等、Proc、Nat l。
Acad、Sci、USA、86 :1173−1177 (1989)に報告 されているようにDNAをRNAに転写する。
選択した物質を、シャンバリン(Chamber I in)等、The En zymes、P、ボイヤー(13oyerNI、I)I)、87−108.アガ デミックプレス、ニューヨーク(1982)で報告されている高ターンオーバー のT7RNAポリメラーゼによる転写レベルに増幅する。突然変異は、ジョイス (Joyce)およびイノウニ(Inoue)、Nucleic Ac1ds  Re5earch、17:711−722 (1989)に報告されているよう にcDNAの一部を一つ以上の変異オリゴヌクレオチドで置換し、部分的にミス マツチしたテンプレートを転写することにより導入できる。また、このようにし て得たりポザイムは”P−GTPで内部をラベル化することが出来る。
テトラヒメナ(Tetrahymena)のりポザイムの野生型および変異体集 団のRNA基質GGCCCUCUAAAUAAAUA (SI)、修正DNA基 質d (GGCCCTCUAAATAAATA)(S2)およびDNA基質d  (GGCCCTCTAAATAAATA)(S3)を切断する能力を測定した。
簡単にいうと、各1μMの内部ラベル化した野生型、デルタP6、デルタP2、 デルタP9、デルタP6/P9、およびデルタP 2/P 9リポザイムを、2 μMの83DNA基質またはS]RNA基質のいずれか、30mM EPPS  (pH7゜5)、50 mM Mg C] tδよび2mM スペルミジンと混 合しエンドデオキシリボヌクレアーゼ反応混合物として、50°C1時間インキ ュベートした。各リボザイムによる基質の切断は、リボザイムへの切断基質の連 結によるリボザイムの移動度の低下で検出した16図、レーン2および3)。
DNA基質S3に関しては選択増幅を2サイクル行い、野生型、デルタP6、デ ルタP2、デルタP9、デルタP6/P9、デルタP2/P9を含むリボザイム 構造変異体集団からDNAを切断しつる核酸酵素、この場合はエンドデオキシリ ボヌクレアーゼを回収した。これらの構造変異体(1μM、IμC4/nm。
1 ”P−GTPで内部ラベルイυを2μM DNA基質S3.30mM EP PS(pH7,5)、50mM MgChおよび2mM スペルミジンと混合し 、50°Cで1時間インキユベートシ總第1サイクル目のcDNA合或は、20 倍過剰量のd (TAT、AT、CGAGT)プライマーと混合し、50mMト リス−HCl (pH7,5)および5mM DTTの存在下65°C15分間 この溶液を加熱してから、急速に0℃に冷やすことにより開始した。それから、 この溶液を6mM MgC1+、100μM(各)dNTPおよびlユニット/ μI AMV逆転写酵素となるように調製し、37°Cl2O分間インキュベー トし總この溶液の一部を取り出し、5%ポリアクリルアミド/尿素ゲル電気泳動 で分析した。第一回のcDNA合成後のデルタP6、デルタP2、デルタP9お よびデルタP 2/P 9リボザイムから選択された逆転写物は第6図のレーン 5に見られる。
アルカリ加水分解てRNAを分解し、エタノール沈澱でモノマーを除いた。20 倍過剰量のプライマー d(入TCGATλ入TACGACTCACTATAGGAGにG入へ人λGT T入TC入CCC)を話力口し、この溶液を50mM )−リス−HCl (p H7,5)および5mMDTT存在下65℃、5分間加熱した後、0°Cに急冷 することによりcDNAからRNAを転写した。更に、この溶液を15 mM  M g Cl 2.2mM スペルミジン、100μM(各)dNTP、2mM (各)NTP、IU/μl AMV逆転写酵素、0.20/μl DNAポリメ ラーゼI (クレノーフラグメント)および20U/μI T7RNAポリメラ ーゼとなるように調製し、37℃、1時間インキュベートして、cDNAからR NAを転写した。このステップで目的の触媒活性を有するリボザイムか大量に増 幅される(第6図、レーン6、産物の1150)。
第2サイクルのcDNA合或は、RNAの3′末端を保存するためプライマーd  (CGAGTACTCCAAAC)およびd(cGAGTAcTccGAC) を用いて行った。cDNA合成のその他の部分は上述の操作にしたがった。この 反応産物を電気泳動で分析した(第6図、レーン7)。
第2サイクルのRNA合或は、上述のRNA合成条件下、残りの反応混合物を用 いて行った。この反応産物の1150を電気泳動で分析した(第6図、レーン8 )。
このシステムでリホザイム混合物から目的の触媒活性を有するリボザイムを選択 する事か可能となる。
特定の態様および実施例を含むこれまで述べてきた明細は、本発明を説明するも のであってこれを制限するものではない。本発明の精神および範囲を逸脱するこ と無しに種々の修正または変化が可能である。
FIG、 ICFIG、 ID FIG、 2B L2.I To FIG、2A P5b P5c FIG、 3G FIG、 6 トランユスプライツングcDNA cDNA RNA’ cDNA’ RNA” ヵa、・ −−11− 要約書 本発明は、部位特異的に一本鎖DNAを切断し得る核酸酵素に関する。
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Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.所定のヌクレオチド配列の箇所で一本鎖DNAを切断しうるエンドデオキシ リポヌクレアーゼ酵素であって、該酵素が、前記ヌクレオチド配列の5′末端に 連続または隣接する認識部位を規定するヌクレオチド配列と、該認識部位の3′ 末端に存在する第1スペーサー領域と、該第1スペーサー領域の3′末端に存在 するP3〔5′〕領域と、該P3〔5′〕領域の3′末端に存在する第2スペー サー領域と、該第2スペーサー領域の3′末端に存在する第1ステムループと、 該第1ステムループの3′末端に存在する第2ステムループと、該第2ステムル ープの3′末端に存在する第3スペーサー領域と、および該第3スペーサー領域 の3′末端に存在する第3ステムループであって、該P3〔5′〕領域にハイブ リダイズしうるP3〔3′〕領域を規定する5′ステム部分を含む第3ステムル ープとを有する酵素。
  2. 2.前記魂認識部位が2乃至8ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載のエ ンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素。
  3. 3.前記第1スペーサー領域が少なくとも4ヌクレオチド長である請求の範囲第 1項記載のエンドデオキシリボヌクレアーゼ酵素。
  4. 4.前記第1スペーサー領域がさらに付加的ステムループを含む請求の範囲第1 項記載のエンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  5. 5.前記P3〔5′〕領域が8ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載のエ ンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  6. 6.前記第2スペーサー領域が3ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載の エンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  7. 7.前記第1ステムループが108ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載 のエンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  8. 8.前記第2ステムループが44ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載の エンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  9. 9.前記第2ステムループが25ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載の エンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  10. 10.前記第3スペーサー領域が3ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載 のエンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  11. 11.前記第3ステムループが51ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載 のエンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  12. 12.前記P3〔3′〕領域が8ヌクレオチド長である請求の範囲第1項記載の エンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素。
  13. 13.前記酵素がRNAである請求の範囲第1項記載のエンドデオキシリポヌク レアーゼ酵素。
  14. 14.一本鎖DNA内に存在する所定の配死の3′末端において該一本鎖DNA を切断する方法であって、少なくとも20ミリモル濃度のMgC12の存在を含 むDNA切断条件下、該一本鎖DNAを有効量の請求の範囲第1項記載のエンド デオキシリポヌクレアーゼで処理することを含む方法。
  15. 15.前記DNA切断条件にポリアミンの仔在が含まれる請求の範囲第14項記 載の方法。
  16. 16.請求項第1項記載のエンドデオキシリポヌクレアーゼ酵素、一本鎖DNA および20ミリモルより高い濃度のマグネシウムイオンを含む組成物。
  17. 17.さらにポリアミンを含む請求の範囲第16項記載の組成物。
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