JPH05509224A - エンドヌクレアーゼ - Google Patents

エンドヌクレアーゼ

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JPH05509224A JP3510683A JP51068391A JPH05509224A JP H05509224 A JPH05509224 A JP H05509224A JP 3510683 A JP3510683 A JP 3510683A JP 51068391 A JP51068391 A JP 51068391A JP H05509224 A JPH05509224 A JP H05509224A
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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】 エンドヌクレアーゼ 本発明は一般的に、核酸を切断することの可能なエンドヌクレアーゼ;エンドヌ クレアーゼをコードするベクター;核酸エンドヌクレアーゼによって改質された 及び/又はそれを含むもしくはコードする宿主細胞及び生物;並びに生体内又は 試験管内での核酸分子の切断及び/又は不活性に関する方法に関する。
標的RNAの切断を及ぼすことのできるRNAを含んで成る触媒性エンドリボヌ クレアーゼは既に詳細されている。このようなエンドリボヌクレアーゼは一般に 2種類に分類される。第1は、例えばZougら(Nature、第324巻、 429−433.1986)に詳細されている、生物テトラヒメナのミトコンド リア介在配列(IVS)RNAに基づく、エンドリボヌクレアーゼの第2分類は 、植物ウィルスRNAの自己切断領域に基づ< HaseloffとGerla ch(Nature、第334巻、585−591.1988 )による研究の 成果である。
本発明は今迄知られていなかったエンドヌクレアーゼに関する。
本発明の第一の観点において、次式(1)のエンドヌクレアーゼを提供する: X−M−Y (1) (式中、X及びYは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチドもしくはそ れらの組合せ又はそれらの誘導体を含んで成るヌクレオチド配列を示し:ここで このヌクレオチド配列は、このエンドヌクレアーゼによる切断が所望される標的 核酸配列に対するハイブリダイゼーシヨンが可能な十分なる長さであり;そして 式中、Mは次式(n)の触媒領域を表わし:よるケトの置換;炭素=炭素結合の 飽和化;及びノエードゥリジンにおけるC−グリコジル結合の導入がありうる。
チオケト誘導体の例は6−メルカプトプリン及び6−メルカプトグアニンである 。
塩基は種々の基、例えばハロゲン、ヒドロキシ、アミン、アルキル、アジド、ニ トロ、フェニル等によって置換されていてよい。
ヌクレオチドの糖成分は当業的によく知れている方法に従って改質されうる(P rinciples of Nucleic Ac1d 5tructure及 びCRCHandbook of Biochemistry、前記を参照のこ と)0本発明はヌクレオチドの糖成分の種々の改質を包含し、このような改質は エンドヌクレアーゼの切断活性を失わせないことも条件とする。改質された糖の 例は、第2ヒドロキシル基のハロゲン、アミノ又はアジド基による交換;2′− メチル化;構造変異、例えば02′ −ヒドロキシル基がグリコジルC1−N結 合に対してシス配向してアラビノヌクレオシドを提供すること、及びα−ヌクレ オシドを提供する炭素Ciでの構造異性体等が含まれる。
ヌクレオシドのリン酸成分も、当業界によく知られている誘導又は改質にかけら れる。例えば、酸素の窒素、硫黄又は炭素誘導体による交換はそれぞれホスホラ ミデート、ホスホロチオエート及びホスホネートを提供する。酸素の窒素、硫黄 又は炭素誘導体による置換は架橋又は非架橋部位において行なわれうる。ホスホ ジエステル及びホスホロチオエート誘導体が、細胞レセプターとのその結合にお そらく基づいて細胞に効率的に侵入しうる(特に長さが短いとき)ことは、アン チセンスオリゴヌクレオチドを包含する研究によってよく確立されている。メチ ルホスホネートはその電気的中性の性質により、おそらく細胞によって容易に取 込まれるであろう。
本明細書に述べているデオキシリボヌクレオチド又はリボヌクレオチドは、エン ドヌクレアーゼの切断能力を破壊しない前記した1又は複数種の改質を包含する 。
触媒性領域の塩基及び/又はヌクレオチド1〜11は、その他の化学物質、例え ばアミノ酸側鎖もしくはリンカ−であってその他の成分、例えば酸性もしくは塩 基性基を含むもしくは含まないものによって置換されていてよい0例えばG3は チロシンにより、そしてC′又はA I +はヒスチジンによって置換されてい てよい。ある場合において、機能的に重要な化学物質(例えばヌクレオチド又は アミノ酸側鎖)を欠失させ、そしてこれを基質の一部として、又はこのエンドヌ クレアーゼをトランス作用させる補助因子として提供することが可能であること が実証されうる。エンドヌクレアーゼ活性を保有するこのような誘導体は本発明 の範囲に属する。
エンドヌクレアーゼは、このエンドヌクレアーゼをその基質とインキュベートし 、次いでこの基質の切断が起きたかどうかを評価することによって容易に、NI lに且つ日常的に試験される0例えば、標的+*RNAの切断はトリヌクレオチ ド配列X’ UY’ (X’及びY′は任意のりボヌクレオチドを表わし、そし てこれらは同一でも異なっていてもよく、そしてUは塩基ウリジンを有するリボ ヌクレオチドを表わす)の後方で行われる。好ましい切断部位にはGIJC,G υυ。
GUA及びUUCが含まれる。例えば、適切な反応条件は約り℃〜約60’C( 好ましくは約20〜55°C)の温度、約7.0〜約9.0のpH2及び約1〜 約100 mM (好ましくは1〜20mM )の塩類(例えばMg2°)より 構成される。エンドヌクレアーゼ配列X及びYにおける相補性ヌクレオチドと基 質の重?j[(デュープリケーション)を補助するため、群X及びYのそれぞれ において、式(I)の群X及びYのそれぞれの中に少ない数のヌクレオチドを含 むエンドヌクレアーゼ(例えば4個のヌクレオチド)は低い温度、例えば約り0 ℃〜約25℃で一般にインキュベートしてよい、このエンドヌクレアーゼは一般 にこの基質と等モル比又はそれより過剰とされるであろう。しかしながら、この エンドヌクレアーゼは酸素として働いて、消費されることなく基質を切断するこ とができるので、エンドヌクレアーゼと基質の比は重要ではない。
前記した適切な切断部位、例えばGUC部位を含む標的RNAは、エンドヌクレ アーゼであって例えばその触媒領域内に1又は複数の改質を含みうるものとイン キュベートされうる。弐rのヌクレオチド配列X及びYは、この標的RNAにお ける切断部位に隣接する(フランキング)ヌクレオチド配列に対して相補性(即 ち、塩基対合を形成することができる)であるものとして選ばれる。このエンド ヌクレアーゼとその基質のインキユバ−ジョンに基づいて、酸素/基質複合体が このエンドヌクレアーゼにおける相補性ヌクレオチドとその基質との塩基対合の 結果として形成される。弐(T)のヌクレオチド配列X及びY、並びにこの基質 における切断部位に隣接するヌクレオチド配列は、塩基対合の結果として二本鎖 を形成する。この塩基対合音当業界、おい、よく知られ、いる( Sawbro 。211.ら、Mo1ecular Cloning、 A Laborato ry Manual、第2版、 Co1d SpringHarbor Pre ss、 1989 ;これは本明細書に参考として組入れている)。
相補性ヌクレオチド間の二本鎖の形成はハイブリダイゼーションと称されている (Sa糟brookら、前記)。エンドヌクレアーゼとその基質とのハイブリダ イゼーション又は二本鎖の形成は、例えば片方又は両方の成分を例えば放射性標 識体によってラベルし、次いでこの反応混合物を非変性条件のもとてポリアクリ ルアミドゲル電気泳動にかけることによって容易に評価されうる(Saiwbr ookら、前記)。
もしこの標的がエンドヌクレアーゼとのインキュベーションによって切断された ら、これは活性であり、そして本発明の範囲に属する。
従って、ヌクレオチド誘導体を含むエンドヌクレアーゼは、日常的な手法におい てエンドヌクレアーゼ活性について簡単に試験されうる。
本発明が関連する業界における研究者によって容易に理解されうる通り、標的R N^の切断は当業界によく知られる種々の方法によって容易に評価されうる(例 えばSambrookら、前記を参照のこと)。
切断は、例えばこの反応生成物(ここで基質は放射活性的にラベルされている) をアクリルアミド、アガロース又はその他のゲルシステムに泳動させ、次いでこ のゲルをオートラジオグラフィー又はその他の分析技術にかけて切断フラグメン トを検出することによって評価されうる(Sambrookら、前記)。
群Pが結合を表わしているとき、これはヌクレオチドA7とQlの間の化学結合 、又は原子もしくは相互連結原子の群でありうる。
ヌクレオチド間の結合は塩基又は糖成分の間、即ち、糖と糖、塩基と糖、又は塩 基と塩基である。塩基内架橋は例えば本明細書に参考として組入れたPetri cら(1991) Nucleic Ac1d、 Res、+ 19 : 58 5に詳細されている。この結合は塩基又は複環上の任意の位置から、又は塩基又 は複環上の任意の官能基から、このエンドヌクレアーゼが基質を切断することが 可能であることを条件として、伸びていることができる。
弐(II)の群Pは、1又は複数個のヌクレオチドを表わすことができ、このヌ クレオチドはデオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、あるいはlもしく は複数個のデオキシリボヌクレオチド又は1もしくは複数個のりポヌクレオチド の組合せ、又はその誘導体でありうる。この誘導体は前記した通りである。Pが ヌクレオチド配列を含んで成るとき、このヌクレオチド配列リボヌクレオチド配 列又は1もしくは複数個のりボヌクレオチドと1もしくは複数個のデオキシリボ ヌクレオチドの組合せを含んで成ることができ、その中でどの塩基も対合をなし ていないか、又は少なくとも一個の塩基が塩基対合をなしていることもできる( 即ち、このことは全ての塩基が塩基対合をなしていること、及びどの塩基も対合 をなしていないことを含む)、他方、群Pは、どの塩基も対合をなしていないか 、又は少なくとも一個の塩基が対合しているデオキシリボヌクレオチド配列を含 んで成りうる(繰り返すが、このことは全ての塩基が塩基対合をなしていること 、及びどの塩基も対合をなしていないことを含む)、ヌクレオチド配列X及びY がリボヌクレオチドのみを含んで成り、そして群Pがリボヌクレオチドのみを含 んで成るとき、群Pのリボヌクレオチドは互いに塩基対合していない、任意的に 、ヌクレオチド配列X及びYがデオキシリボヌクレオチドのみを含んで成り、そ して群Pがデオキシリボヌクレオチドのみを含んで成るとき、群Pのデオキシリ ボヌクレオチドは塩基対合をなしていないであろう。
出願人は、群Pにおける塩基対合は、標的RNAの切断にとって必要でないこと を発見した。従って、ヌクレオチド配列X及びYがリボヌクレオチドのみを含ん で成り、且つ群Pがリボヌクレオチドのみを含んで成るとき、群Pのリボヌクレ オチドは標的RNAの切断を及ぼすこと以外の目的のために塩基対合しているこ とができる。このような目的には、細胞因子、例えばRNA結合性タンパク質又 はその他の細胞因子の結合を可能にすることを含んでいる。同様に、ヌクレオチ ド配列χ及びYがデオキシリボヌクレオチドのみを含んで成り、且つ群Pがデオ キシリボヌクレオチドのみを含んで成るとき、群Pのデオキシリボヌクレオチド はエンドヌクレアーゼ切断に包含されること以外の目的、例えばDNA結合性タ ンパク質及びその他のタンパク質との相互作用であって、例えばエンドヌクレア ーゼの細胞分析を及ぼしうる目的のために塩基対合していることがある。
デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、それらの組合せ、及びそれらの 誘導体が塩基対合していないと言及されているとき、当業者はこのことが、周知 のヌクレオチド塩基対合、即ちワトソンークリック塩基対合及びツーブステン( Hoogsten)塩基対合等(Principles of Nucleic  Ac1d 5tructure、前記)に従ってヌクレオチドが他のものと塩 基対合をなしていないことを意味すると理解するであろう。
塩基対合がないことは本発明の好都合な特徴であり、なぜなら最少の数のヌクレ オチドを含んで成るエンドヌクレアーゼが以降に詳細な標準的な方法に従って製 造されうるからである0本出願人は驚くべきことに、群Pの中のヌクレオチド間 の塩基対合は、本発明のエンドヌクレアーゼがその標的基質を切断することを可 能とするのに必要ではないことを発見した。従って、群Pは任意の数の非塩基対 合ヌクレオチド、例えば2個のヌクレオチド(例えばTT)、4個のヌクレオチ ド(例えばAAAA、 UUUU、 TTTT他)又は5個のヌクレオチド(例 えばTTTTT)を含んで成りうる。このような条件のもとでの群Pのヌクレオ チド配列は重要でなく、且つヌクレオチドの数も重要でない、一般に、群Pは1 〜20個の非塩基対合ヌクレオチドを含んで成り、そしてより好ましくは2〜6 個の非塩基対合ヌクレオチドを含みうる。注目すべき主たる概念は、得られるエ ンドヌクレアーゼが基質を切断することができることにある。これは前記した通 り、適当な標的ヌクレオチド配列に基づく標準的な切断アンセイにおいて、めん どうな実験を伴うことな(容易に測定できうる。
式(II)における群Pはリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、又は 少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド及び少なくとも1個のりポヌクレオ チド、又はそれらの誘導体を含んで成ることができ、ここで前記した通り全ての ヌクレオチドは塩基対合をなしているか、又は一部のヌクレオチドが塩基対合を なしていることができる。式(11)のヌクレオチドA7及びG8に連結してい るヌクレオチド配列Pにおける相補性ヌクレオチドは、ワトソンークリック塩基 対合、ツーブステン塩基対合、又はその他の当業界に知られる塩基対合をなして いることができる。群Pのヌクレオチド配列が部分的に塩基対合しているとき( 即ち、全てでないヌクレオチドが塩基対合している)、塩基対合した領域と1又 は複数の一本鎖領域、例えば塩基対合したステムと塩基対合していないヌクレオ チドのループが提供されうる0例えば、ステム七ループの構造はHaselof fとGer 1ach (前記)により詳細され、そして以下の配列を有する: 本発明に関する、このようなステム/ループ構造を形成する配列はデオキシリボ ヌクレオチド、リボヌクレオチド、又はデオキシリボヌクレオチドとりボヌクレ オチドの組合せを含んで成る。
以上にもかかわらず、群Pのヌクレオチドは塩基対合していないことが好ましい 。塩基対合構造がないことは、このエンドヌクレアーゼとその基質又はその他の 核酸配列との立体障害を低め(従って、エンドヌクレアーゼ活性を高める)、そ して望ましくない塩基対合相互作用の可能性を低めうる。
式(II)の群Pは、1又は複数個のりボヌクレオチド及び/又はデオキシリボ ヌクレオチドが、隣接するヌクレオチドを連結せしめるリンカ−によって変換さ れている前記したヌクレオチド配列を含んで成ることができる。任意の化学リン カ−1即ち任意の相互連結した原子の群を、ヌクレオチドA7とG8、又はヌク レオチドC′〜、へ7のうちのいづれかとヌクレオチドG8〜A”のいづれかと を連結させるために用いることが、このエンドヌクレアーゼが基質を切断する限 りできる。このようなリンカ−の例はPetricら、前記によって詳細されて いる。基質切断は前記した通り、エンドヌクレアーゼをその基質と簡単にインキ ュベートすることによって容易に評゛価されうる。
群Pの1又は複数個のりボヌクレオチド及び/又はデオキシリボヌクレオチドは 、例えば任意的に置換されたポリホスホジエステル(例えばポリ(1−ホスホ− 3−プロパツール))、任意的に置換されたアルキル、任意的に置換されたポリ アミド、任意的に置換されたグリコール等と交換されていてよい、任意的な置換 基は当業界によく知られ、そしてそれにはアルコキシ(例えばメトキシ−エトキ ン及びプロポキン)、直鎖又は分枝鎖低級アルキル(例えばCI−〇、アルキル )、アミン、アミノアルキル(例えばアミノC,−C。
アルキル)、ハロゲン(例えばF、CL及びBr)等が含まれる。任意的な1換 基の性質は、得られるエンドヌクレアーゼが基質を切断できる限り重要ではない 。
更に、適切なリンカ−はポリ環状分子、例えばフェニル又はシクロヘキシル環を 含むものを含んで成りうる。このような化合物は一般に、ヌクレオチドの反応基 を介して結合を可能とする適当な官能基を含んで成るであろう。
群X及びYのヌクレオチドは、前記した通り標的RN^における相補性ヌクレオ チドとハイブダイゼーンヲン形成できる十分なる任意の長さ及び配列でありうる 。このヌクレオチドは前記した通り、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオ チド、デオキシリボヌクレオチド リボヌクレオチドバイブリド、又はその誘導 体の形態でありうる。これらの隣接配列は、エンドヌクレアーゼの分解からの安 定性を最適にするように選ばれうる0例えば、デオキシリボヌクレオチドはりポ ヌクレアーゼの作用に耐性である。ヌクレオチドの改質された塩基、塘又はリン 酸結合、例えばヌクレオチド配列のリン酸主鎖におけるホスホラミデート又はホ スホロチオエート結合もヌクレアーゼの攻撃に対する耐性を提供しうる。結合親 和性も、特定の条件において、ヌクレオチドを単にリボヌクレオチド、デオキシ リボヌクレオチド又はそれらの組合せの形態に施すことによって最適化されうる 。ある条件において、標的RNAの切断性を高めるため、群X及びYの組成を最 適化することが必要でありうる。標的配列とハイブリダイズし、且つ全体的にデ オキシリボヌクレオチドより構成されている隣接ヌクレオチド配列を有するエン ドヌクレアーゼの切断活性はある条件において低い活性を有する。このような条 件における最適化は、このヌクレオチド配列X及びYの中にデオキシリボヌクレ オチドとりポヌクレオチドの混合を施すことが含まれうる。
例えば、標的RNAの中の切断部位に近接するエンドヌクレアーゼの中のヌクレ オチドはりボヌクレオチドの形態でありうる。式(II)のヌクレオチドA ” 及びpJ + 1は、剪断部位に隣接する標的配列と相互作用し、ここでA I  lは標的配列X’ UY’ (X’及びY′は前記した通り)のUと相互作用 する。ヌクレオチドNIZはX′で表わされているヌクレオチドと相補するよう に選ばれる。このようなヌクレオチド又は5′方向にあるヌクレオチドは例えば りボヌクレオチドの形態でありうる。標的配列が本発明のエンドヌクレアーゼの 一定の形態に対して比較的に耐性であることが示されているとき、ヌクレオチド 配列X及びYを部分的又は完全にリボヌクレオチドの形態に施すことが必要であ りうる。以下に詳細のヌクレアーゼ攻撃からの保護が所望されるときがある。
群X及びYの対応の5′及び3′末端は、エンドヌクレアーゼを分解から安定化 するために改質されうる0例えば末端ヌクレアーゼ攻撃、特に3’−5’へと進 行するエキソヌクレアーゼ活性を防ぐためにブロッキング基が加えられうる。例 えば、ブロッキング基は任意的に置換されたアルキル、任意的に置換されたフェ ニル、任意的に置換されたアルカノイルから選ばれうる。任意的な置換基はC1 −C,アルキル:ハロゲン例えばF、CL又はBr;ヒドロキシ;アミノic+  Csアルコキシ等より選ばれうる。他方、ヌクレオチド類似体、例えばホスホ チオエート、メチルホスホネートもしくはホスホラミデート、又はヌクレオチド 誘導体(例えばリポース成分のα−アノマー)であって、ヌクレアーゼに耐性で あるものが末端プロンキング基として利用されうる。
他方、エンドヌクレアーゼ分子のその他のヌクレアーゼに対する恩愛性を変化せ しめうる基をこのエンドヌクレアーゼの3′及び/又は5′末端に挿入すること ができる0例えば、エンドヌクレアーゼに連結された9−アミノ−アクリジンは 、エンドヌクレアーゼ分子にヌクレアーゼ攻撃に対する耐性を発生せしめるため の末端プロンキング基として及び/又はエンドヌクレオ溶解活性(endonu cleolyticactivity)を補助するための挿入剤として働きうる 0種々のその他の基、例えばスペルミン又はスペルミジンが関連の手法において 用いられうろことが既に明らかであろう。
本発明のエンドヌクレアーゼは親和剤、例えばタンパク質、ステロイド、ホルモ ン、脂質、核酸配列、挿入分子(例えばアクリジン誘導体、例えば9−アミノア クリジン)等と共有又は非共有結合して、基質ヌクレオチド配列に対する結合親 和性が改質されうる、又は標的細胞に対する親和性もしくは細胞画分における局 在性等が高まりうる。例えば、本発明のエンドヌクレアーゼは、このエンドヌク レアーゼが標的核酸と並列することを補助して標的配列のハイブリダイゼーショ ン及び切断を行うようになるRNA結合性ペプチド又はタンパク質と結合してい ることがありうる。基質に対する親和性を高めるために、ヌクレオチド配列を群 X及びYの5′及び3′末端に付加することができる。このような付加ヌクレオ チド配列は標的配列と三重へリノクスを形成することがあり(Strobel、  S、 A。
ら(1991) Nature 350 : 172−174及び参考として含 まれている文献)、このことは分子内的に折りたたまれた基質との相互作用を可 能にする。他方、この付加ヌクレオチド配列内の改質塩基(Principle s of Nucleic Acrd 5tructure、前記に詳細の非天 然又は改質塩基)であって、−末鎖又は二量体DNAと一緒になって、基質にお けるヌクレオチドと塩基対合、二重鎖、又は四重鎖相互作用しうるちのが利用さ れうる。適切な塩基にはイノシン、5′−メチルシトシン、5′−ブロモウラシ ル及び例えば前記のPr1nciplesof Nucleic Ac1d 5 tructureに詳細されている当業界によく知られているその他の塩基が含 まれるであろう。
本発明の他の観点に従い、前記した式(I)のエンドヌクレアーゼであって、前 記ヌクレオチド配列X又はYのいづれかが、エンドヌクレアーゼによって切断さ れる標的ポリヌクレオチドを含んでいるものを提供する。このようなupJは標 的RNAの切断に基づいて活性RNA フラグメントの遊離をもたらすことがで き、このフラグメント自体エンドヌクレアーゼ活性を保有する。
本発明は他の観点に従い、次式(rV)のポリ−エンドヌクレアーゼを提供する : Y−M−Y −(X−M−Y) n (式中、 X、 Y及びMは前記した通りであり、そしてnは1〜100の整数である)。
ポリエンドヌクレアーゼはアンチセンス分子(Helene、 (:、及びJ− JTou1me’(1990) Biochemica、 Biophysic a、^eta 1049 : 99−125)及びエンドヌクレアーゼとして働 く能力を有する。「アンチセンス」とは、標的配列の相補性塩基とアンチセンス オリゴヌクレオチドとの塩基対合の結果としての二量体又は二本鎖配列の形成で あって、この二重鎖の形成の結果として、又はハイブリダイズしたI?NA及び DNAの配列のRNA成分を切断するのに働く細胞性リボヌクレアーゼ、即ち、 I?Na5a Hによる切断に止っての鋳型の発生の結果として、前記配列の翻 訳が阻止されることを意味する。アンチセンスとして働く可能性は、本発明のエ ンドヌクレアーゼの群X及びYが有意な数のヌクレオチド、例えば30個以上の ヌクレオチドを含むときにも生ずる。このようなエンドヌクレアーゼと標的配列 として形成された二本鎖は周囲条件のもとでは解離又は容易に融解しないであろ う。
本発明の更に他の観点に従い、有効量の前記した弐(1)のエンドヌクレアーゼ を単独で、又は1又は複数の薬学的、獣医学的もしくは農業学的に受け入れられ ている担体又は賦形剤と一緒に含んで成る製剤を提供する。
弐(I)のエンドヌクレアーゼの有量な量又は治療的に有効な量とは、標的RN Aの切断及び/又はその不活性化をもたらしく例えば、ヌクレオチド配列X及び Yが有意な数のヌクレオチドを含んで成り、これによってこのエンドヌクレアー ゼがこの標的に本質的に不可逆的に結合することを条件として)、これによって 人間、動物又は植物対象体における疾患を改善しめるのに有効な量である。どの くらいが有効な量のエンドヌクレアーゼを構成するかは、処置すべき疾患の性質 、対象体へのこのエンドヌクレアーゼの通用方法、対象体の重量、及び薬効に関 連する薬学業界によく知られているその他の要因に依存して変わりうる(The  Phar*acological Ba5is ofTherapeutic s、第4版、Lewis S、 Goodman and Alfred G1 1a+an。
1970、 The Macmillan Co+wpany 、を参照のこと )、あらゆる特定の状況においてどのくらいが治療的に有効な投与量を構成する かは薬学業界に知られている標準的な手順に従って容易に決定されうる(The  Pharvacological Ba5is of Therapeuti cs 、前記を参照のこと)0例えば、力価実験が採用でき、これは毒性及び薬 効を決定するために組織培養物においてエンドヌクレアーゼの効果を検査する。
次いで、毒性、薬効、投与の好ましい方法等を決定するため、動物試験を行い、 次いで人間患者で試験を行う。このような調査は前記した通り薬学業界において 日常であり、それ故エンドヌクレアーゼの治療的に有効な量は、医薬又は獣医学 目的のためにめんどうな実験を伴わないで容易に決定されうる。
本発明のエンドヌクレアーゼの治療的に有効な量は、投与形態、例えば局所適用 のためのクリーム、滅菌注射可能製剤、又は非経口投与に関するその他の製剤に おいては、一般的に約1nM〜約IIIMの濃度を占めるであろう。局所製剤に 関して、約50μM〜約500μMのエンドヌクレアーゼを利用することが一般 的に好ましい。ヌクレオチド誘導体であって、この誘導体が化学修飾基を包括す るもの、例えばボスホロチオエート又はメチルホスホネート誘導体を含んで成る エンドヌクレアーゼは、ナノムラ−濃度において活性でありうる。このような濃 度は毒性を避けるためにも採用されうる。
本発明のエンドリボヌクレアーゼを利用する疾患の処置を包括する治療的手段は 、一般にアンチセンス手法に含まれているもの、例えばanti −5ense  bibliography of Chrisley、 L、 A、(+99 ]) AntisenseResearch and Develop+men t、 l : 65 113(この文献及びその中に含まれている全て文献は本 明細書に参考として組入れる)に詳細されているものと同しである。特に、利用 するエンドヌクレアーゼの濃度、投与の方法、並びに関連の製剤はアンチセンス 適用にとって利用されているものと同しでありうる。
例示にすぎないが、本発明の治療製剤はl型及び2型ヘルペス単純ウイルス、乾 廚、頚部プレネオプラジア(cervical preneoplasia)、 バピロマ病、並びに細菌性及び原核生物感染に対して利用されうる。
このような処1には、例えば疾患部位へのエンドヌクレアーゼの局所的な適用が 含まれる。例えばヘルペスウィルス傷害の処!において、エンドヌクレアーゼは 、これをlnM−1m−の濃度りむクリームへと製剤化することができる。この クリームを感染部位に1〜14日間適用することでこの感染の症状を改善せしめ ることができる。
ヘルペスウィルス感染の処置に関する局所製剤の最終開発の前に、このエンドヌ クレアーゼ及びそれを含む製剤の薬効及び毒性は、例えば動物モデル、例えば乱 切したマウスの耳に例えば2X10’個のプラーク形成ユニットのウィルス粒子 を加えることに基づいて試験されうる。処置後のこの耳の中の感染性ウィルス粒 子の力価は、処置の効果、必要とするヌクレアーゼの量及び類似の概念を調べる ために検査されうる。
人体実験の前の動物モデルにおける類似の調査も行われ、それは例えば乾廚、パ リコマ病、頚部プレ不オブラジア、並びに灰色、例えばHIV感染症、細菌又は 原核生物感染症、ウィルス感染症及び種々の腫瘍性症状(これは有害RNA物質 を含む)の処置に注目して行われうる。
薬学的及び獣医学的に受け入れられる担体及び賦形剤は当業界によく知られ、そ れには担体、例えば水、食塩水、デキストロース及び種々の糖溶液、脂肪酸、リ ポソーム、オイル、皮膚/!!透剤、ケル形成剤等、例えば本明細書に参考とし て組入れたRe+*ington’ 5Phor+maceutical 5c iences、第17版、Mack Publishing Co、+East on。
Penn5ylvania、 0stol ら編に詳細されているものが含まれ る。
局所適用にとっての製剤は一般にクリームの形態にあり、この場合本発明のエン ドヌクレアーゼを粘性成分と混合してよい。このようなw4様において、本発明 のエンドヌクレアーゼはリポソーム又はその他のバリアー型調製物の中に含まれ ていてよく、これによってこのエンドヌクレアーゼはヌクレアーゼ攻撃又はその 他の分解剤(例えばエンドヌクレアーゼ及び有害な環境条件、例えばUv光)よ り遮断されている。 。
製剤は単位投与体、例えばカプセル(例えばゼラチンカプセル)、錠剤、座薬等 として提供されうる。注射用製剤は、食塩水、デキストロース又はその他の媒体 の中のエンドヌクレアーゼ無菌溶液の形態でありうる。経口投与にとっての製剤 は懸濁物、溶液、ンロノプ、カプセル、錠剤等の形態ありうる。エンドヌクレア ーゼは特効性製品、含浸包帯、パッチ等の形態においても提供されうる。本発明 において利用できうる薬品薬剤は例えばRe*ington’s Pharma ceuticalSciences、前記に詳細されている。
本発明のエンドヌクレアーゼは1又は複数種の抗−ウイルス、抗−カビ、抗菌、 抗生、抗原生動物又は駆虫薬、殺虫剤、農薬等、例えばMerck Index (1989) 、第11版、Merck & Co、 Inc、に詳細のものを 伴う製剤において提供されうる。
農学的に受け入れられている担体及び賦形剤は当業界によく知られ、それには水 ;界面活性剖;清浄剤;特に生物分解性清浄剤;タルク;無機及び/又は有機栄 養溶液;に物土壌及び粘土;炭酸カルシウム;石膏;硫酸カルシウム;肥料、例 えば硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム及び尿素;並びに植物源例えば穀類 、ミール及び小麦粉、ハークミールの天然生成物等が含まれる。
本発明のエンドヌクレアーゼは、本質的に全てのRNA配列がこのエンドヌクレ アーゼによって切断されうるという事実から広がる広範囲にわたる用途を有する 。標的ヌクレオチド配列GLICは、ランダムをヘースとして64塩基ごとに約 1個の割合で見られる。一般的なエンドヌクレアーゼ切断部位X’ UY’ ( X’及びYは任意のヌクレオチド)は、RNA0中にウラシルが存在している限 り見られ、従って全ての標的RNAが本発明のエンドヌクレアーゼを用いること で、種々の効率ではあるが切断されうる。
試験管内利用に関して、本発明のエンドヌクレアーゼを一般に1又は複数個の適 当な切断部位を含む標的R)IAと反応させる。任意的に、この標的11NAは 精製又は実質的に精製されていてよい9本発明のエンドヌクレアーゼのヌクレオ チドX及びYは、特異的にハイブリダイズするか、又は標的RNAと二本鎖DN A二量体を形成し、その後切断が行われることができるように選ばれる。従って 、標的RNAはその他のRNAの存在下において特異的に試験管内で切断され、 その他のRNA 自体は本発明のエンドヌクレアーゼによって切断されないであ ろう。
このエンドヌクレアーゼは、RNA操作を促進せしめるRNAの特異的な切断に 関する制限エンドヌクレアーゼとI!(以の手法において利用されうる。このよ うな操作にとって必要とされる全ては、切断すべき標的RNAがウラシル塩基を 含み、それ故適切な切断部位を含むことにある。
本発明のエンドヌクレアーゼは診断手法、例えばRNAの地図化又はフィンガー プリンティングに利用されうる。特に、本発明のエンドヌクレアーゼはRNAの 地図化を可能とし、それ故RNA配列における突然変異の検出に利用されうる。
このような手法は探索において用いることができ、そして法医学及びその他の診 断用途も有する。
試験管内でのRNA切断生成物は、例えばアクリルアミド又はアガロースゲル上 での識別化によって容易に検出され、この場合、切断されたRNA0量は分離及 びヌクレオチド識別剤例えば臭化エチジウムとの反応の後に直接識別されるよう に十分に大きいものである。
他方、切断された標的RNAが微量で存在しているとき、例えば数多くのRNA を含むサンプル中のとき、切断生成物は例えばこの標的配列に相補性な配列の放 射性標識化プローブを用いることにより、又は増幅技術例えばPCRを用いるこ とによって検出されうる( 5aarbrookら、前記)。
試験管内での切断にとっての標的RNAは任意の起源に由来してよく、そしてそ れは動物、ウィルス、細菌、植物、合成的又はその他の起源でありうる。 RN Aは全ての既知の生存生物に共通しているため、本発明は前記した適切な切断部 位を有する全てのRNA物貿の切断に利用されうる。
標的RN^の試験管切断は、精製された、半端製された、もしくは精製されてい る状態における標的RN^と、又は標的RNAを含むサンプルと、有効量のエン ドヌクレアーゼとの、RNA切断を促進せしめる反応条件のもとで反応させるこ とによって簡単に行われうる。適切な反応条件には、約4°C〜約60°C(好 ましくは約20〜55°C)の反応温度、約7.0〜約9.0のpH1及び約I IIM〜約100 s+M (好ましくは1〜2011M )のM g Z ゛ を含んでいる。このエンドヌクレアーゼは、この基質と等モルの比において、又 はそれより過剰において存在していてよい。本発明のエンドヌクレアーゼは酵素 として働き、各エンドヌクレアーゼは複数の標的配列を切断するため、このエン ドヌクレアーゼは標的RNAに対して等モル比以下において提供されてよい。
本発明の観点に従い、試験管内での標的ヌクレオチド配列の切断のため方法を提 供し、この方法は、前記標的ヌクレオチド配列又は前記標的ヌクレオチド配列を 含むサンプルを、エンドヌクレアーゼと反応させることを、含んで成る。このヌ クレアーゼのヌクレオチド配列X及びY前記した通り、この標的RNAの特定の 切断部位に隣接するヌクレオチド配列と相補するように選ばれ、従ってこのエン ドヌクレアーゼの標的RNAへのハイブリダイゼーションに基づいて前記標的R NAがこの特定の切断部位にて切断される。
ヌクレオチド配列X及びYが有意な数のヌクレオチド、例えば30個以上のヌク レオチドを含むとき、このエンドヌクレアーゼとその相補性標的との反応に基づ いて形成された二量体は容易に解離せず、従ってこのような標的RNAは切断に よってのみ不活性化されるのではなく、所望のタンパク質生成物への翻訳の阻止 、RNA消化及び/又はその他のRNA との相互作用の阻止によって不活性化 されうる。
本発明のエンドヌクレアーゼは原核生物及び真核生物細胞の両方における生体内 でのRNA切断のために利用されうる。
本発明のエンドヌクレアーゼは、前記した切断部位X’ UY’を含む、細胞内 における全てのRNAを切断するのに利用されうる。従って、本発明のエンドヌ クレアーゼを利用することにより、本質的に全ての細胞性RNAが標的となりう る。
細胞、例えば細菌細胞、酵母細胞もしくは動物細胞における標的RNAの切断、 又は生体、例えば植物もしくは動物の細胞における標的RNAの切断は、表現型 改質又は疾をもしくは感染症の処置をもたらしうる。
植物細胞又は植物における表現型の変化は、耐乾性、耐塩性、カビ、ウィルスも しくは細菌に対する耐性;成長特性の改質;不実性;果実の生産;花づけ;老境 等を含む0表現型の決定に関与する、又は複数種のRNAが同定できたなら、こ のようなIINAは本発明のエンドヌクレアーゼを用いる切断によって不活性化 され、それ故この植物又は植物細胞の表現型を変えることができることが明らか である。
表現型に関与する標的118Aの切断、それ故不活性化によって行われうる動物 (ある用途においては人間も含む)におけるの表現型改質には、動物の成長特性 、繁殖力、皮膚/美容的改質、再生特性、疾患耐性等が含まれる。真人な数の用 途が、前記した通り、動物及び植物における表現型改質に関して挙げられる。一 定の表現型に関与する1又は複数種のl?NAが同定でき、そしてその配列が決 定されたなら、その後の表現型改質を伴うこのようなRNAの不活性化のため、 エンドヌクレアーゼがこのようなRNAが標的とするようにすることができる。
原核生物又は真核生物細胞培養物を、本発明のエンドヌクレアーゼによる処理に よって表現型改質させることができる。例えば、食品成分(例えばチーズ、パン 及び乳製品)及びアルコール飲料製品の製造に含まれる細菌培養物又は酵母培養 物を処理して、酵素内容物、風味の発生、細胞増殖率、培養条件等を改質するこ とができる。
本発明のエンドヌクレアーゼは人間、動物、植物又は原核生物もしくは真核生物 細胞における疾患又は感染症の処置にも利用されうる。疾患又は感染症の処置能 力は、本発明のエンドヌクレアーゼが、適当な切断部位(例えば前記した通り、 一般的な切断部位X’ UY’〔ここでX′及びY′は任意のヌクレオチドを表 わす〕によって定義される切断部位;好ましくはここでの切断部位はGUCであ る)を含む全てのl?NAを切断できる事実に基づく。はとんどのRNAが1又 は複数の適当な切断部位を含むであろう。
処置時間は処置すべき特定の疾患に依存し、これは医師によって容易に決定され うる。一般的に処置は、処置すべき疾患が改善される迄行われうる。
本発明のエンドヌクレアーゼによって処置されうる人間及び動物の疾曇の例には 、ヘルペス単純ウィルス感染症(例えば初期遺伝子4及び5の切断を標的とする )、乾廚、頚部プレネオブラジア、パピロマ病、HIV i染症(例えば旧V− 1gag転写体及び旧V−15’ ltrスプライス部位を標的とする)、細菌 及び原核生物感染症、ウィルス感染症及び異常17NAの生産に関与する種層性 症、例えば慢性骨髄性白血病が含まれる。本発明のエンドヌクレアーゼによる、 植物において処!されうる疾患又は感染症には2.力、ビ感染、細菌感染(例え ばクラウン−ゴール(Crown−Gall)病)及び植物ウィルス感染に関与 する疾患が含まれる。
培養物中の真核生物及び原核生物細胞は、例えばマイクロプラズマ感染、ファー ジ感染、カビ感染などに関与する感染症又は疾患より保護されうる。
人間、動物、植物並びに真核生物及び原核生物細胞における本発明のエンドヌク レアーゼの生体内適用、例えば表現型改質及び疾患の処置に関して、細胞の中に このエンドヌクレアーゼを導入し、標的RNAを切断することが必要でありうる 。細胞の中へのRNA及びDNA配列の導入、並びに原核生物及び真核生物細胞 におけるその発現に関する方法は、例えばCotten、 M、 (1990)  Tibtech 8 : 174 178;及びFriedman、 T、  (1989) 5cience 244 : 1275 1280 (両方とも 本明細書に参考として組入れる)に詳細され、その方法は当業界によく知られて いる。この広く知られている方法が本発明において利用されうる。
本発明のエンドヌクレアーゼを直接的な細胞取込みによって細胞の中に含ませる ことができ、この場合、本発明のエンドヌクレアーゼは細胞外環境から細胞膜又 は細胞壁を通過する。細胞取込みを高めるために試薬、例えばリポソーム又は親 油性ビヒクル、細胞浸透剤、例えばジメチルスルホキシドが深層されうる。
本発明のエンドヌクレアーゼ配列の維持、複製及び転写のため、本発明のエンド ヌクレアーゼはDNAもしくはRNA転移ベクター又はその組合せの一部として 、細胞に含まされ、そして発現されうる。
本発明のエンドリボヌクレアーゼを発現する転移ベクターは、エンドヌクレアー ゼ配列の安定的な発現のために宿主細胞の中で複製されることができうる。他方 、本発明のエンドヌクレアーゼをコードする転移ベクターは宿主細胞の中で複製 することができず、それ故エンドヌクレアーゼ配列の一過性発現をもたらしうる こともある。
DNA及びI?NA転移ベクター、例えばプラスミド及びウィルス作製体の製造 方法は当業界によ(知られ、そして例えばSambrookら(前記)に詳細さ れている。
転移ベクターは一般に、本発明のエンドヌクレアーゼをコードするヌクレオチド 配列であって、プロモーター及び発現にとって必要なその他の調節配列に作動連 結しているもの、並びに任意的に原核生物及び/又は真核生物細胞における複製 起点を含んで成りうる。
植物、動物、細菌及びその他の種類の細胞における転移ベクターの維持及び発現 にとって適切であるプロモーター及びt11節配列は当業界によく知られ、そし て例えば本明細書に参考として組入れる、Hoga+++ B、ら(1986)  Manipulating the Mouse Eo+bryo、 A L aboratory Manual、 Co1d Spring Harbor  ;及び5cience(1989) 244 : 1275−137に詳細さ れている。
本発明のエンドヌクレアーゼをコードする又は含んで成る転移ベクター又は核酸 配列は、当業界によく知られている方法(例えばCotten and Fr1 edIIan(前記)に詳細されている方法)、例えばマイクロインジェクショ ン;エレクトロポレーション;レセプター中介エンドサイトーノス;コンピテン ト細胞例えば金属イオン、例えば塩化カルシウム、陽イオンもしくはその他のリ ポソーム、ウィルスもしくはソユードウィルス、DEAE−デキストランによっ て処理せしめたプロトプラスト又は細菌細胞の形質転換;あるいは細胞壁に侵入 するプロジエクチルを用いて所望の核酸配列を導入することによって、宿主細胞 の中に含まされることができうる。
本発明の更なる観点に従い、本明細書に記載のエンドヌクレアーゼをコードする ヌクレオチド配列をコードする転移ベクターを提供する。
本発明のエンドヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列は、その後の発現の ために真核生物又は原核生物宿主細胞のゲノムの中に組込まれることができる( 例えばSambrookら、前記に詳細)。ゲノムへの組込みは、宿主ゲノムに 組込まれる転移ベクターによって促進されうる。このようなベクターはヌクレオ チド配列、例えばゲノムの組込みを促進せしめるウィルス又は調節起源を含みう る。宿主ゲノムの中へのヌクレオチド配列の挿入方法は例えば前記したSamb rookら及びHogan らに詳細されている。
本発明のエンドヌクレアーゼをコードする、ゲノム的に組込まれた核酸配列は一 般に、本発明のエンドヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列と作動連結し たプロモーターを含んで成り、そして真核生物(例えば動物もしくは植物細胞) 又は原核生物(例えば細菌)宿主細胞の中で前記エンドヌクレアーゼを発現させ ることが可能である。
本発明のエンドヌクレアーゼは遺伝子治療技術、例えば疾患、例えば旧Vに苦し む人間由来の細胞を患者から取り出し、この感染性因子を該エンドヌクレアーゼ によって処理して不活性化せしめ、その後耐性細胞と一緒に標的部位を再集団化 (repoρu la te )するためにこれを患者に戻すことに関与する。
HIVの場合、HIVウィルスを不活性化できる本発明のエンドヌクレアーゼを コードするヌクレオチド配列をリンパ球のゲノムの中に組込むか、又は本発明の エンドヌクレアーゼを発現することのできる転移ベクターを細胞の中に存在させ てもよい。このような細胞はHIV感染に耐性であり、そしてその子孫自体もこ のような耐性が授かっているであろう。
本発明の観点に従い、標的ヌクレオチド配列と前記した有効量のエンドヌクレア ーゼを反応させることを含んで成る、生体内又は試験管内のいづれかでの標的核 酸配列の切断のだめの方法を提供し、ここで前記エンドヌクレアーゼは前記標的 の特異的な切断を特定の部位、例えばこの標的核酸配列を切断して不活性化せし める部位にて行うことができる。
本発明の他の観点に従い、有害なRNAの存在に関連する、人間、動物、植物又 は原核生物もしくは真綿生物細胞における疾患又は感染症の処置のための方法を 提供し、この方法は、前記人間、動物、植物、原核生物又は真核生物細胞を、前 記した有効量のエンドヌクレアーゼ単独で、又は薬学的、獣医学的もしくは農学 的に受け入れられている担体又は賦形剤と一緒に処理することを含んで成り、こ のエンドヌクレアーゼは前記有害RNAを切断、それ故事活性化できる。
上記に関する組換DNA操作は当業界に知られ、そして例えば前記のSambr ookらに詳細されている。
本発明の他の観点において、本明細書記載のエンドヌクレアーゼによって改質さ れた、又はそれを含む、コードする及び/もしくは発現するl又は複数の細胞を 含んで成る動物又は植物を提供する。
本発明のエンドヌクレアーゼはヌクレオチド合成技術によって製造されることが でき、これは当業界によく知られ、そして例えばCarru thersら(M eLhods in Enzyvology(1987) 154 : 287 −313)、Foehlerら(Nacleic Ac1ds Re5earc h (1986) 14 : 5399−407)及び5prat ら (Ol igonucleotide 5ynthesis −A Practical  Approach。
IRL Press、 0xford(1984) M、 J、 Galt編、 頁53−tis)に詳細され、これら全て本明細書に参考として組入れた。一般 にこのような合成手順は、保護されたヌクレオチド鎖を得るだめの活性化且つ保 護されたヌクレオチド塩基の連続カップリング、その後の適切な処理による保護 基の除去を含む、他方、本発明に関するエンドヌクレアーゼは、宿主細胞、又は 酵素、例えばT3. SF3もしくはT7 RNA−ポリメラーゼを用いる無細 胞系の中での前記エンドヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列の転写によ って製造されうる(Sa■brookら、前記)。
本発明のエンドヌクレアーゼの触媒性M SN域は、従来の技術における知識よ り必要である考えられていたものよりもサイズが小さい。
本発明のエンドヌクレアーゼの態様により提供される、常用の塩基対合ステム構 造がないことは、このエンドヌクレアーゼとその基質又はその他の核酸構造体と の立体的障害を低め、そして更には望ましくない塩基対合相互作用の可能性を低 めうる(特に、このエンドヌクレアーゼが、切断することを特徴とする特定の標 的の他に大量の核酸を伴うことのある生体内背景にあるとき)。
本発明の一定の態様におけるこのエンドヌクレアーゼ構遺体の中にデオキシリボ ヌクレオチドを含ませることは、リボヌクレアーゼ分解に対する保護を授けるこ とができる。更に、RNA/DNAを含んで成るエンドヌクレアーゼは、あるア ンチセンス用途を損わせる巻き戻し/改質酵素にとっての基質を提供しない。当 業界に知られているその他のエンドヌクレアーゼと比べての本発明のエンドヌク レアーゼの種々の1!欅のサイズの小ささは、このエンドヌクレアーゼの合成の 費用を改善し、そして更にはこのエンドヌクレアーゼの宿王細胞の中への導入の し易さ及び効率性を高めるのに働きうる。
本明細書記載のポリ−エンドヌクレアーゼは、触媒性ドメインに連結している隣 接領域X及びYの中において切断配列を有するようにデザインされうる。このよ うなポリ−エンドヌクレアーゼは細胞の中で自己触媒的に複数の個々のエンドヌ クレアーゼを遊離させ、それ故エンドヌクレアーゼの局所濃度を高めることがで きる。
式(1)の化合物のオリゴヌクレオチド主鎖(即ち、ホスホジエステル結合)は 種々の方法、例えばDANアンチセンスオリゴヌクレオチドと同し方法において 改質されうる。メチルホスホネート、ホスホチオレート及びホスホラミデート結 合が常用のホスホジエステル結合にとって代わるように利用されうる。更に、リ ボヌク17オチドを改質されたヌクレオチド及び/又は塩基、例えば前記した2 ′メトキシリボヌクレオチド又は〔α〕チアンーによって置換してよい、このよ うな改質はエンドリボヌクレアーゼにヌクレアーゼ耐性を授け、そして生物学的 半減期及び/又は細胞取込みを向上せしめうる。ホスホロチオエート結合は、R NA/DNA二量体のRNA成分にRNAase I+感受性を授ける。メチル ホスホネート結合はこの同し成分にRNase H耐性を授ける。
本発明の種々の態様を以下の実施例において、限定としてでなく詳細する。
例1 エンドヌクレアーゼの合成: 全てのエンドヌクレアーゼは、2−シアノエチルホスホラミジ。
ト試薬を用いて、アプライドバイオシステム(Applied Biosyst eIIs)380又は391のいづれか又は両方によって合成した。DNAモノ マー及びRNAモノマーであって、その2′位がt−ブチルジメチルシリル基に よって保護されているものを商業的供給者より入手した。5′−トリチル基を除 去した全てのオリゴヌクレオチドは以下の通りに処理した:オリゴヌクレオチド を3:1のNH,OH/エタノールにおいてカラムから切断し、そして55°C で一夜熱した。この溶液をほぼ乾燥するまでエバポレートし、3:1のH20/ エタノールに含ませ、そして乾かし、これを繰り返した。物質の量はUν呼吸を 測定することによってこの段階で評価した。2′基はT)IP中のIMのテトラ ブチルアンモニウムイオリド(10μL 10n、、。)による−夜の処理によ って脱保護した。これを、Na”状態にあるDowex 50X 8 200( 商標)陽イオン変換カラムに2回通してテトラブチルアンモニウムイオンを除去 し、溶出液の容量を2−ブタノールによって減少させ、そしてオリゴヌクレオチ ドを酢酸ナトリウム及びエタノールによって沈殿させた。次にこのオリゴヌクレ オチドを、7Mの尿素を含む10−20%(長さに依存)のアクリルアミドゲル 上での電気泳動によって精製した。対象のバンドをUvシャドイング又は臭化エ チジウム染色によって識別化し、切り出し、そして水に浸した。このオリゴヌク レオチドi容液をゲルスライスから取り出し、2−ブタノールによって′a縮し 、フェノール/クロロホルム及びエーテルで洗った。
次にこのオリゴヌクレオチドを酢酸ナトリウム及びエタノールによって沈殿させ 、低温の80%エタノールで洗い、10mMのトリス−C14、pH8,0,2 mMのEDTAに再溶解し、UV光度計により定量し、そして凍結させた。オリ ゴヌクレオチドの純度は、5′末端を32pリン酸によって標識し、そして変性 ゲルに流し出すことによって決定した。
標準の条件を用いてオリゴヌクレオチドをリン酸化せしめたが、ただし数ユニ、 トの膵臓リボヌクレアーゼインヒビターをこの反応混合物に加えた。標識せしめ た物質の濃度は、このリン酸化手順からの廃棄物を全てプールし、乾燥さセ、そ して標識化オリゴヌクレオチドの既知の両分と一緒にゲルに流し1次いでハンド を切り出して計算し、そしてこれSこよりリン酸手順において失われた物質の量 をもとめ、そして標識されたオリゴヌクレオチドの濃度を決定することによる。
反応条件: 典型的な反応は、50Mのトリス、 HCL 、pH8,0,10mMのMgC 1,の中で37゛Cで行った;全での反応において、基f濃度は100 nM、 そしてエンドヌクレアーゼ濃度は100又は600 nMとした。この反応は3 0μL容量の中で30分〜4時間の範囲にわたって行った。エンドヌクレアーゼ と基質のモル比は1:1又は6:lとした。このエンドヌクレアーゼ及び基質( ”Plffi化)を別々に反応緩衝液の中で70“Cで3分間熱し、次いで混合 及びその後のインキユベーシヨンの前に急冷却した。このエンドヌクレアーゼ中 介切断反応の温度/活性プロフィール、マグネシウム依存性、並びにpH依存性 及び代謝回転(ターンオーバー)の測定を目的とする実験において必要とされる 標準条件から逸脱を行った。サンプルを次に、変性剤として7Mの尿素を含む1 5%のアクリルアミドゲルにおける電気泳動によって分析した。基質及び切断生 成物をオートラジオグラフィーによって識別化し、そしてそれらの位置に対応す るゲルスライスを切り出し、そしてCerenkov計測によって定量した。
例2 成長ホルモンRNAを標的とするエンドヌクレアーゼ:塩基配列、図解及び種々 のエンドヌクレアーゼの名称を以下に記載する。保存性リボヌクレオチドはボー ルド(太字)体及び太い線分で示す。その他のりポヌクレオチドは上部の文字及 び細い線分で示す、デオキシリボヌクレオチドは下部の文字及び波状線分で示す 。
エンドヌクレアーゼの名称は以下の通りである:Rはへリノクス■を含むリボザ イムを示し、Mはへリノクス■を含まないエンドヌクレアーゼを示し、そしてM Sは同一・分子内におけるエンドヌクレアーゼ及び基質を示す、数字及びヌクレ オチド記号はコネクターの中の塩基を示し、そしてRNA又はDNAは基質とへ リノクスl及び■を形成するアームの中のヌクレオチドに関する。ダブルへリノ クス■。
■及び■はFoster and Symons(Cell (1987) 4 9 : 211 220)に詳細されている。
更なるシリーズの成長ホルモンRNAを標的とするエンドヌクレアーゼをM、t 、 DNA作製体に基づいて合成し、これらはコネクターの中に異なる数及び種 類のヌクレオチドを有する。これは以下の通りである: 門、t、 DNA 門、t、 DNA Mst、 DNA Mttct、 DNA 門ttPDt、 DNA PDはヌクレオシドの代わりに用いた1、3−プロパンジオールである。
エンドヌクレアーゼR4U、 DNAも合成した。このエンドヌクレアーゼは前 記したR4υ、 I?NAと同一であるが、ただしRNA隣接配列がDNAによ って変換されている。
基質: ラット成長ホルモン21マー(七ツマ−):上記のエンドヌクレアーゼ全てを、 ラット成長ホルモン遺伝子の一部に相当し、且つ以下の配列を有するリボヌクレ オチド配列と反応させた。
Gl(Sl 5’ AC(:UGCGGG[JC” AUGAAGIJGUC3 ’GH5Iに相当するが、じ以外の全てのヌクレオチドがデオキシリボヌクレオ チドである第二基質(GH5z)も合成した。エンドヌクレアーゼM4U、 R NA、及びM2O,DNAをこの基質と反応させた。
フラノベル(Kruppel RNA) :エンドヌクレアーゼM4t、 DN A= Kr 1079(34個のヌクレオチドを含んで成り、且つ、クランペル 標的RNAにハイブリダイズするようにデザインされたDNAの隣接配列を有す る)を、21ヌクレオチドの短い合成RNA TxN及び約1.9611+のl ?NA基質であって両者とも同一の切断部位を有するものに対して試験した。
Kr RNA転写体は、Kr転写体をコードするcDNAをT7RNAポリメラ ーゼプロモーターを含むプラスミドに挿入することによって調製した。
Kr転写体を次にT7−ポリメラーゼによって転写した。
合成21マーは化学合成されたものであり、そして長いI?NA転写体と同し切 断部位を含む。この21マーは以下の配列を含んで成る:AIIUIIGCGA GUC′″CACAC[IGGAG(ここでC1はリボヌクレオチドである)。
抗−クランペルエンドヌクレアーゼの活性の試験管内試験は2.3Kb RNA のフラノベル転写体を不活性化させるための合胞体の胞胚葉の段階前のンヨウジ ョウハエ(Drosophila)胚のマイクロインジェクションにより行うこ とができ。胚(クチクラ層化胚)は、卵を産んだ1〜2日後の異常な体節パター ンについてアッセイされうる。
血小板由来成長因子(PDGF) : エンドヌクレアーゼパttct、 DNA、 PDGF (30マー、PDGF 標的RNA とハイブリダイズするようにデザインされた隣接DNA配列を有す る)を、人間由来のPDGF A遺伝子のエキソン2及び6に相当する666塩 基のRNA転写体と反応させた。666塩基のRNA転写体はT、ポリメラーゼ を用いてPDGF遺伝子フラグメントから試験管内転写させたものA、全ての成 長ホルモンRNAを標的とするエンドヌクレアーゼは種々の活性を伴ってGH5 Iを切断した。 HaseloffとGe1ach (前記)のエンドリボヌク レアーゼ及びその他の研究者のそれに注目すると、どのエンドヌクレアーゼもこ の反応時間にわたって生成物を100%切断しない。エンドヌクレアーゼ、門4 T、 DNA 、 lI41]、 RNA 、門411. DNA;14A、  DNA ; M2O,RNA ; M3T、 DNA ; M5T、 DNA; 及びMTTCT、 []Nへの全ては、その反応時間にわたって基質の約50〜 60%を切断し、これはコントロールR4U、 RNAとほぼ同じであった。コ ネクター(式(II)の群Pに担当)の中に4個以下のヌクレオチドを含むエン ドヌクレアーゼはこの試験アッセイにおいて幾分活性が低かった。
代表的なミニザイムl’14T、 DNA及びHaseloffとGerlac h(前記)エンドリボヌクレアーゼに相当する対照コントロール、R4tl、  RN^の酵素代謝回転、温度活性プロフィール、マグネシウム依存性及びpi( 依存性を調べる実験を行った。これらの実験は、両方のエンドヌクレアーゼが代 謝回転を示す酵素としてふるまい、pH7,5,37℃そして1mM以上のMg 2゛にて標的配列の切断を行うことを示した。
これらの結果より、標的基質を切断できる機能的なエンドヌクレアーゼはDNA  もしくはRNA 、又はそれらの組合せを含んで成るハイブリダイズアーム( 弐(I)の群X及びYに相当):非塩基対合RNAもしくはDNA配列、又は部 分的に塩基対合したRNA配列を含んで成るコネクターを含むことがあり、そし てこのコ不りティング配列の中のヌクレオチドの数及び性質は重要ではない。
エンドヌクレアーゼMttPDt、 DNAは活性であり、そしてこのヌクレオ チドはエンドヌクレアーゼ活性の損失を伴うことなく化学連結基により変換され うることを示した。この実験に基づき、コネクター配列(式(n)の群Pに相当 )の中のヌクレオチドは明らかにリンカ−配列によって変換されることができる 。
B、基質GH52はIIMU、 RNAによって切断される力<?I4U、 D NAによってはされない、なぜ4MU、 DNAエンドヌクレアーゼがこの基質 に対して活性でないかは不明であるが、DNA−RNA二量体の構造は同じ配列 のRNA−RNA又はRNA−DNA二量体のそれとは有意に異なることが明ら かに示唆され、従って活性部位の構造の変化の可能性があり、それ故エンドヌク レアーゼは不活性となるのであろう。
エンドヌクレアーゼ4Mυ、 RNAは、中心のりボヌクレオチドを除き全体的 にDNAより成る基質を切るため、切断反応に必要とされる基質上の2′ヒドロ キシルのみが切断すべきヌクレオチド上にあることが明らかとなった。
エンドヌクレアーゼの隣接配列(弐([I)の群X及びYに担当)のヌクレオチ ド組成も変えることにより、適切な切断部位を含む全てのヌクレオチド基質が切 断されうる。前記に定義した隣接ヌクレオチドの最適化は切断を促進するために 必要とされ、これは4MO,RNAが、塩基Cを有する中心リボヌクレオチドを 除き全体的にDNAより成る1&質を切断し、エンドヌクレアーゼ4MLl、  DNAがこの基質を切断しない事実によって示されている。
1.96KbクランベルRNA及び合成21マーRNA ja的バイブリドの切 断はM4t、 DNA、にr1079エンドヌクレアーゼによって観察された。
1.96KbクラノペルRNA転写体の切断は、大きいRNAが所望の切断部位 で選択的に切断されうろことを示す。
C0同様に、個々のエンドヌクレアーゼは長いPDGF RNA転写体の効率的 且つ特異的切断を及ぼした。
標的配列MS4U、 RNAにシスにおいて連結している合成RNAも、ナノモ ラー濃度にて、その濃度に依存しない速度で、予測の標的配列の有効な特異的切 断において活性であった。このことは、このエンドヌクレアーゼが切断を及ぼす ために重合体又は高分子量構造体を形成せず、むしろ個々のヌクレアーゼが標的 ヌクレオチド配列の触媒的切断を及ぼすことができることの実証を提供する。
本発明のエンドヌクレアーゼが、適切な切断部位(例えばGUC)を含み、且つ そのヌクレオチド配列が既知である任意の標的RNAの切断のために選択的に利 用できうろことが上記の実施例より明らかでぁる。従って、本発明のエンドヌク レアーゼは生体内及び試験管内での標的RNAの選択的不活性において広い用途 を有し、そして例えば人間及び動物における灰色の処!、動物及び植物における 表現型の改質、並びにその他真人な数の用途に利用されうる。
要約書 本発明は標的ヌクレオチド配列を切断することのできる触媒性分子を提供する。
より詳しくは、本発明は、切断することを所望される標的ヌクレオチド配列とハ イブリダイズすることが可能な十分な長さであるヌクレオチド配列を有するエン ドヌクレアーゼを提供する。このエンドヌクレアーゼは、リボヌクレオチド及び /もしくはデオキシリボヌクレオチド、又はそれらの誘導体を含んで成る触媒性 領域を含む、これは基質ヌクレオチド配列のホスホジエステル結合を切断するの に働く、この触媒性領域はヌクレオチド又はその誘導体を含んで成り、これはヌ クレオチド、デオキシリボヌクレオチドもしくはその組合せを含んで成りうる連 結基によって連結されている。
本発明のエンドヌクレアーゼは人間及び動物における疾懲に関与する標的RNA の切断において、並びに真核生物及び原核生物細胞におけるRNA転写体の不活 性化において、更には試験管内でのRNA転写体の切断において有用である。
補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成4年12月18日

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.次式(I)のエンドヌクレアーゼ X−M−Y(I) (式中、X及びYは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド又はそれら の誘導体を含んで成るヌクレオチド配列を示し;ここで前記ヌクレオチド配列は 、前記エンドヌクレアーゼによる切断が所望される標的核酸配列に対するハイブ リダイゼーションが可能な十分なる長さであり; そして式中、Mは次式(II)の触媒領域を表わす:5′C′U2G3A4N5 G6A7−P−G8−A9A10A11N123′(II)、 〔式中、A,G,C及びUはそれぞれ塩基、即ちアデニン、グアニン、シトシン 及びウラシルを表わし、これらはデオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド 又はそれらの組合せの形態にあり;そしてN12は塩基、アデニン、グアニン、 シトシン、ウラシル又はチミンのいづれかより選ばれ; そして式中; Pは1又は複数個のヌクレオチドであるか〔このヌクレオチドはデオキシリボヌ クレオチド、リボヌクレオチド、又は1もしくは複数個のデオキシリボヌクレオ チドと1もしくは複数個のリボヌクレオチドの組合せであることができ、ここで もし前記ヌクレオチドがリボヌクレオチドのみを含んで成り、且つ群X及びYが リボヌクレオチドのみを含んで成るとき、群Pのこのリボヌクレオチドは互いに 塩基対合をなしていない〕;あるいは結合、又はヌクレオチドA7とG8を連結 する任意の原子もしくは相互連結した原子の群である〔これらはこの触媒性領域 の切断能力を破壊せず、そしてこれはヌクレオチドのみを含んで成るものではな い〕)。
  2. 2.X及びYが、リボヌクレオチド又はリボヌクレオチドとデオキシリボヌクレ オチドの組合せを含んで成るヌクレオチド配列である、請求の範囲1に記載のエ ンドヌクレアーゼ。
  3. 3.X及びYが、デオキシリボヌクレオチドのみを含んで成るヌクレオチド配列 である、請求の範囲1に記載のエンドヌクレアーゼ。
  4. 4.群Pが、非塩基対合リボヌクレオチド配列を含んで成る、請求の範囲2又は 3に記載のエンドヌクレアーゼ。
  5. 5.群Pがリボヌクレオチド配列を含んで成り、このヌクレオチド配列の中の一 又は複数個の塩基が塩基対合している、請求の範囲2又は3に記載のエンドヌク レアーゼ。
  6. 6.Pが、1又は複数個のリボヌクレオチド及び1又は複数個のデオキシリボヌ クレオチドを含んで成る、請求の範囲2又は3に記載のエンドヌクレアーゼ。
  7. 7.群Pの1又は複数個の塩基が塩基対合している、請求の範囲6に記載のエン ドヌクレアーゼ。
  8. 8.前記ヌクレオチド配列が少なくとも部分的に塩基対合している、請求の範囲 6に記載のエンドヌクレアーゼ。
  9. 9.Pが、塩基対合していないデオキシリボヌクレオチド配列である、請求の範 囲3に記載のエンドヌクレアーゼ。
  10. 10.群Pが1〜20個のリボヌクレオチドを含んで成る、請求の範囲4〜9の いづれか1項に記載のエンドヌクレアーゼ。
  11. 11.群Pが、2〜6個のリボヌクレオチド又はその誘導体を含んで成る、請求 の範囲9に記載のエンドヌクレアーゼ。
  12. 12.前記ヌクレオチド配列が2〜6個のヌクレオチドを含んで成る、請求の範 囲11に記載のエンドヌクレアーゼ。
  13. 13.群Pの1又は複数個のリボヌクレオチド及び/又はデオキシリボヌクレオ チドが、隣接するヌクレオチドを連結せしめるリンカーによって変換されている 、請求の範囲4〜11のいづれか1項に記載のエンドヌクレアーゼ。
  14. 14.前記リンカーが、任意的に置換されているホスホジエステル、任意的に置 換されているアルキル、任意的に置換されているポリアミド又は任意的に置換さ れているグリコールより選ばれる、請求の範囲13に記載のエンドヌクレアーゼ 。
  15. 15.前記の任意的な置換基が、アルコキシ、直鎖又は分枝鎖低級アルキル、ア ミン、アジド、アミノ、アミノアルキル及びハロゲンより選ばれる、請求の範囲 14に記載のエンドヌクレアーゼ。
  16. 16.Pが、ヌクレオチドA7とG8を連結させ、そしてヌクレオチドを全っく 含まないリンカーである、請求の範囲1に記載のエンドヌクレアーゼ。
  17. 17.前記リンカーが、1又は複数個の任意的に置換されているポリホスホジエ ステル基、任意的に置換されているグリコール基又は任意的に置換されているア ルキル基を含んで成る、請求の範囲16に記載のエンドヌクレアーゼ。
  18. 18.前記の任意的な置換基が、アルコキシ、直鎖又は分枝鎖低級アルキル、ア ミン、アミノ、アミノアルキル及びハロゲンより選ばれる、請求の範囲17に記 載のエンドヌクレアーゼ。
  19. 19.ヌクレオチド配列X及びYの5′及び/又は3′末端が、ヌクレアーゼ攻 撃に耐性であるブロッキング基を含む、請求の範囲1に記載のエンドヌクレアー ゼ。
  20. 20.前記ブロッキング基が、任意的に置換されているアルキル、任意的に置換 されているフェニル、任意的に置換されているアルカノイル、ホスホロチオエー ト、ホスホラミデート、メチルホスホネート又はヌクレオシド誘導体であるヌク レアーゼ攻撃に耐性であるもの、スペルミンもしくはスペルミジンを含んで成る 、請求の範囲19に記載のエンドヌクレアーゼ。
  21. 21.前記ヌクレオチド配列X及び/又はYが、相補性のヌクレオチド配列との ハイブリダイゼーションを促進せしめる、又は標的細胞もしくは細胞画分に対す る親和性を高める1又は複数種の因子によって置換されている、請求の範囲1に 記載のエンドヌクレアーゼ。
  22. 22.前記の親和因子がタンパク質、炭水化物、ホルモン、脂質、ヌクレオチド 又は押入剤分子より選ばれる、請求の範囲21に記載のエンドヌクレアーゼ。
  23. 23.前記ヌクレオチド配列X、又はヌクレオチド配列Yが、切断される標的ポ リヌクレオチドを含む、請求の範囲1に記載のエンドヌクレアーゼ。
  24. 24.1又は複数個のデオキシリボヌクレオチド及び/又はリボヌクレオチドが それぞれ、デオキシリボヌクレオチド誘導体及びリボヌクレオチド誘導体の形態 にある、請求の範囲1に記載のエンドヌクレアーゼ。
  25. 25.生体内又は試験管内のいづれかでの標的核酸配列の切断方法であって、こ の標的ポリヌクレオチドを請求の範囲1〜22のいづれか1項に記載の有効な量 のエンドヌクレアーゼと反応させることを含んで成り、前記エンドヌクレアーゼ が前記標的ポリヌクレオチドの特定の切断部位で特異的な切断を及ぼすことがで きる方法。
  26. 26.前記エンドヌクレアーゼを、前記標的ポリヌクレオチドを含む細胞又は生 物の中に導入する、請求の範囲25に記載の方法。
  27. 27.前記エンドヌクレアーゼに相当するヌクレオチド配列が、前記細胞におけ る前記エンドヌクレアーゼの転写を及ぼすためのプロモーターに作動連結してい る、請求の範囲25に記載の方法。
  28. 28.前記エンドヌクレアーゼに相当する前記ヌクレオチド配列が、前記細胞又 は生物の中に挿入される転移ベクターの一部を形成し、そしてこのベクターが前 記エンドヌクレアーゼを複製及び発現することができる、請求の範囲26に記載 の方法。
  29. 29.前記ヌクレオチド配列が真核生物又は原核生物細胞のゲノムの中に組込ま れる、請求の範囲26に記載の方法。
  30. 30.請求の範囲1〜23にいづれか1項に記載のエンドリボヌクレアーゼを含 む及び/又は発現する宿主細胞。
  31. 31.転移ベクターを含み、このベクターがプロモーターに作動連結している請 求の範囲1〜23のいづれか1項に記載のエンドヌクレアーゼに相当するヌクレ オチド配列を含んでいる、宿主細胞。
  32. 32.プロモーターに作動連結している請求の範囲1〜23のいづれか1項に記 載のエンドヌクレアーゼに相当するヌクレオチド配列を含んで成るベクター。
  33. 33.有害なRNAの存在に関連する人間、動物、植物又は原核生物もしくは真 核生物細胞における疾患又は感染症の処置のための方法であって、前記人間、動 物、植物又は原核生物もしくは真核生物細胞を、単独で又は薬学的に受け入れら れている担体もしくは賦形剤と一緒となっている請求の範囲1〜23のいづれか 1項に記載の有効量のエンドヌクレアーゼであって、前記有害RNAを切断し、 それ故不活性化することのできる該エンドヌクレアーゼによって処置することを 含んで成る方法。
  34. 34.前記エンドヌクレアーゼを単独で、又は薬学的に受け入れられている担体 もしくは賦形剤と一緒に非経口投与する、請求の範囲23に記載の方法。
  35. 35.前記エンドヌクレアーゼに相当するヌクレオチド配列が1又は複数個の真 核生物細胞のゲノムの中に組込まれているか、又は前記1又は複数個の細胞の中 に染色体外因子として保有されている、請求の範囲33に記載の方法。
  36. 36.人間におけるHSV,HIV,CMU、細菌性又は原核生物疾患の処置の ための方法である、請求の範囲33に記載の方法。
  37. 37.人間又は動物の腫瘍性症の処置のための方法である、請求の範囲33に記 載の方法。
  38. 38.原核生物又は真核生物細胞における標的RNAの不活性化のための方法で あって、前記真核生物又は原核生物細胞の中に、請求の範囲1〜23のいづれか 1項に記載のエンドヌクレアーゼであって前記標的RNAにハイブダイズし且つ 不活性化することのできるエンドヌクレアーゼを導入することを含んで成る方法 。
  39. 39.前記エンドヌクレアーゼが、前記真核生物又は原核生物細胞の細胞膜を通 過する、請求の範囲38に記載の方法。
  40. 40.前記エンドヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列が、前記エンドヌ クレアーゼの発現のために動物、植物又は宿主細胞のゲノムの中に組込まれてい る、請求の範囲38に記載の方法。
  41. 41.前記エンドヌクレアーゼが、前記原核生物又は真核生物細胞における染色 体外因子の発現に基づいて生産され、ここで前記染色体外因子は、前記エンドヌ クレアーゼに相当するヌクレオチド配列に作動連結しているプロモーターを含み 、且つ前記原核生物又は真核生物細胞において前記エンドヌクレアーゼを発現さ せることができる、請求の範囲38に記載の方法。
  42. 42.植物又は動物細胞における所望のRNAの不活性化のための方法である、 請求の範囲38〜41のいづれか1項に記載の方法。
  43. 43.次式のポリエンドヌクレアーゼ X−M−Y−(X−M−Y)n (式中、X及びYは請求の範囲1に定義した通りであり;そしてnは1〜100 の整数である)。
  44. 44.単独で、又は薬学的に受け入れられている担体もしくは賦形剤と一緒に、 請求の範囲1〜24のいづれか1項に記載の有効な量のエンドヌクレアーゼを含 んで成る製剤。
  45. 45.1又は複数種の抗−ウィルス・抗−カビ、抗菌、駆虫、抗原虫類、駆虫、 殺虫又は除草剤と一緒に請求の範囲1〜24のいづれか1項に記載のエンドヌク レアーゼを含んで成る製剤。
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