JPH07170981A - オリゴヌクレオチドの製造法 - Google Patents

オリゴヌクレオチドの製造法

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JPH07170981A
JPH07170981A JP31855493A JP31855493A JPH07170981A JP H07170981 A JPH07170981 A JP H07170981A JP 31855493 A JP31855493 A JP 31855493A JP 31855493 A JP31855493 A JP 31855493A JP H07170981 A JPH07170981 A JP H07170981A
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JP
Japan
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phosphorothioate
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producing
separated
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JP31855493A
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English (en)
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Keisuke Makino
圭祐 牧野
Akira Murakami
章 村上
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Japan Science and Technology Agency
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Research Development Corp of Japan
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の分子量、塩基配列、および絶体配置を
有するホスホロチオエート型オリゴヌクレオチドを簡便
かつ計画的に作製する。 【構成】(1)任意の塩基配列を有するホスホロチオエ
ート型オリゴヌクレオチドを化学合成し、(2)逆相ク
ロマトグラフィー法によって、上記合成オリゴヌクレオ
チドを5′末端保護のまま分離してホスホロチオエート
型オリゴヌクレオチドの各立体異性体集合を分取し、
(3)これらの立体異性体集合を、5′末端脱保護のの
ち、逆相クロマトグラフィー法によってさらに分離して
各々の立体異性体を分取し、(4)得られた立体異性体
のなかから、所望の絶体配置を有するオリゴヌクレオチ
ドを選択し、それらの5′末端をリン酸化して結合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、オリゴヌクレオチド
の製造法に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、ガンや難治性ウイルス疾患の遺伝子治療に用いる
アンチセンス分子として有用なホスホロチオエート型オ
リゴヌクレオチドの新規な製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、組換えDNAをはじめとする遺伝
子操作技術の進歩には目覚しいものがあり、生物学一般
のみならず、医学、工学、農学等への応用展開も急速に
拡大しつつある。また、遺伝子そのもについても、その
塩基配列と構造の解析から多数の知見が蓄積されてきて
おり、今日では、多くの原因不明の疾患が遺伝子に関係
することも明らかになってきている。例えばガン遺伝子
発見はガンもまた遺伝子病の1つとして考えるべきであ
ることを示し、また、ある種のウイルスは発ガンに強く
関与していることもわかってきた。こうした背景からガ
ンあるいは難治性ウイルス疾患を対象として、直接遺伝
子に作用する形で治療を行おうとする試み、すなわちア
ンチセンス技術による遺伝子治療が考え出されている。
【0003】すなわち、DNAの複製、転写(DNAか
らのRNA生産)、翻訳(RNAからのタンパク質生
産)などの遺伝子発現は、遺伝子と種々のタンパク質と
の相互作用によって行われる。その際遺伝子の特定領域
を何らかの分子で選択的に被覆あるいは切断することが
できれば、遺伝子の発現は選択的に制御されることにな
る。アンチセンス技術はその際用いられる分子(アンチ
センス分子)として核酸およびその誘導体を用いる方法
であり、この方法の基本的原理は原核細胞生物で実際に
機能していることが見いだされている。図1にアンチセ
ンス法の基本的原理を示す。遺伝子(DNA、RNA)
の特定領域(1本鎖あるいは2本鎖)を、相補的な塩基
配列を持つDNA、RNA、およびオリゴヌクレオチド
(修飾体も含む)で被覆すれば(図1の→1、2、3、
4部分)、その部分の遺伝子発現は選択的に抑制され
る。この際の抑制メカニズムとして (1)物理的に調節分子(リプレサーなど)や合成酵素
類を遺伝子に結合できなくする、(2)対象遺伝子が切
断される、(3)アンチセンス分子と対象遺伝子との二
重鎖形成が内在性加水分解酵素群を活性化しRNAなど
が不活性化される、などが考えられている。こうした機
構を機能させる目的で現在までに数多くのアンチセンス
分子が化学的、生物学的手法で開発されてきている。
【0004】ところが、アンチセンス分子を生体内で作
用させるためにはつぎのような要件を考慮しなければな
らない。すなわち、(1)塩基配列特異性、(2)ハイ
ブリッド安定性、(3)化学的、生化学的安定性、
(4)免疫原性、(5)細胞膜透過性、(6)細胞毒
性、(7)代謝性、(8)調製法等であり、アンチセン
ス分子を化学的に合成する際は、それらに基づいて分子
設計、合成について考慮すべきである。
【0005】こうした理由から、現在実際に使用されて
いる合成アンチセンス分子は、リン酸結合を修飾したも
のが多い。また、リン酸ジエステル結合を持つ天然型の
オリゴヌクレオチド(ODN)の場合には、この化学合
成はホスホロアミダイト法を採用したDNA自動合成機
によって容易に行われる。ODNは対象DNAあるいは
RNAと安定な二重鎖を形成しアンチセンス分子として
の機能も高いが、反面リン酸ジエステル結合が細胞培養
液あるいは体液などに含まれるヌクレアーゼ類により容
易に加水分解される(半減期5分間程度)。従ってOD
Nをそのまま体内投与することは実際上非常に困難であ
る。このため、体内での寿命を長くするために様々な工
夫がなされているが、分子としての安定性と対象DNA
やRNAとの2重鎖の安定性とが両立しない場合が多
い。
【0006】これに対して、アンチセンス分子が生理的
条件下で電気的に中性であればDNAやRNAとの相互
作用時に静電的斥力が働かないため二重鎖(ハイブリッ
ド)が安定に形成されるであろうとする考えから、トリ
エステル型(OTR)、メチルホスホネート型(OM
P)、ホスホロチオエート(OPT)、ホスホロアミデ
ード(OPA)等のアンチセンス分子が開発されてい
る。
【0007】なかでも次式にそのヌクレオチド構造を示
したOPT型オリゴヌクレオチドは、上記(1)〜
(8)の要件を最もよく満たすアンチセンス分子であ
り、現在、その作成と応用が広く検討されている。
【0008】
【化1】
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このO
PT型オリゴヌクレオチドはリン原子に対して立体異性
であり、各リン酸結合にそれぞれS型とR型の絶体配置
が存在するため(図2)、同一塩基配列のオリゴヌクレ
オチドであっても、n量体では2n-1 個の異性体が出現
することになる。
【0010】たとえば4量体のオリゴヌクレオチドの場
合には、個々のインターヌクレオチド結合に関して、8
種類(RRR、RRS、RSS、RSR、SRR、SR
S、SSR、SSS)の異性体が生成する。このため
に、OPT型オリゴヌクレオチドからなるアンチセンス
分子は様々な立体異性体の混合物となり、対象遺伝子と
の結合力が弱くなるという欠点をもつ。
【0011】そこで、従来は、核酸と絶体配置について
莫大な組み合わせからなる立体異性体の混合物のなかか
ら、目的の機能を持った特定分子を選択しなければなら
ず、その調製作業には多大な時間と労力を必要とする。
このため、現在は、特定分子を選択せずに混合物のまま
のOPT型オリゴヌクレオチドを使用しているが、この
混合物は機能のない分子も多く含むため、目的とする効
果を得るためには過剰量のオリゴヌクレオチドを使用し
なければならない。しかしながら、OPT型オリゴヌク
レオチドは数μmolの濃度を超えて細胞内に導入する
と毒性を示す。このため、OPT型オリゴヌクレオチド
をアンチセンス療法に用いるためには、目的の機能を持
った特定分子のみを選択的に使用することが不可欠であ
る。
【0012】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、所望の塩基配列と絶体配置を有する
OPT型オリゴヌクレオチドを、簡便かつ効率よく作製
するための方法を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、所望の塩基配列と絶体配置とを
有するホスホロチオエート型オリゴヌクレオチドの製造
法であって、(1)任意の塩基配列を有するホスホロチ
オエート型オリゴヌクレオチドを化学合成し、(2)逆
相クロマトグラフィー法によって、上記合成オリゴヌク
レオチドを5′末端保護のまま分離してホスホロチオエ
ート型オリゴヌクレオチドの各立体異性体集合を分取
し、(3)これらの立体異性体集合を、5′末端脱保護
ののち、逆相クロマトグラフィー法によってさらに分離
して各々の立体異性体を分取し、(4)得られた立体異
性体のなかから、所望の絶体配置を有するホスホロチオ
エート型オリゴヌクレオチドを選択し、それらの5′末
端をリン酸化して結合する、ことを特徴とするオリゴヌ
クレオチドの製造法を提供する。
【0014】またこの発明の製造法は、上記(1)にお
いて化学合成したホスホロチオエート型オリゴヌクレオ
チドが3−8量体であること、(2)および(3)の逆
相クロマトグラフィー法に用いる溶離液が酢酸アンモニ
ウム水溶液を主成分とすること、(4)におけるホスホ
ロチオエート型ヌクレオチドの結合を酵素的方法または
化学的方法により行なうこと、およびそのようにして結
合されたオリゴヌクレオチドが10−30量体であるこ
と、をそれぞれ好ましい態様としてもいる。
【0015】
【作用】以下、この発明の製造法について詳しく説明す
る。 I.OPT型オリゴヌクレオチドの合成 例えば、公知のホスホロアミダイト法固相自動合成と、
テトラエチルチウラムジスルフィド〔Et2 NC(S)
SSC(S)NEt2 〕などのイオウ原子導入試薬を組
み合わせて、任意の塩基配列を有するOPT型オリゴヌ
クレオチドを合成する(図3)。ヌクレオチドの数は、
3〜8個(3〜8量体)、好ましくは4〜6個(4〜6
量体)とする。その結果、例えば5量体オリゴヌクレオ
チドの場合には、16種類(25-1 )の立体異性体の集
合としてOPT型オリゴヌクレオチドが合成される。同
様に、4量体の場合には8種類(24-1 )、6量体の場
合には32種類(26-1 )の異性体集合となる。
【0016】なお、塩基配列については特段の制限はな
く、アンチセンス分子としての用途に応じて適宜とする
ことができるが、例えば標的遺伝子の特定配列(発現調
節領域や構造遺伝子領域等)に対するハイブリッド安定
性等を考慮する。 II.異性体の分取(第1段階) まず、合成したOPT型オリゴヌクレオチドを逆相クロ
マトグラフィー法によって分離する。この時、各オリゴ
ヌクレオチドはその5′末端保護基を結合した状態でカ
ラムを通過させる。こうすることによって、例えば5量
体オリゴヌクレオチドの場合には、各異性体が4本の吸
光度(254nm)ピークとして分離される。同様に、
4量体の場合には、2本、6量体の場合には8本のピー
クとして分離される。なお、このような異性体分離は、
酢酸トリエチルアンモニウム水溶液を主成分とする溶離
液(pH7.0程度)をカラムに通液して行なうことが
できる。
【0017】次に、分離した各異性体を分取する。これ
は公知の方法に従って行なうことができ、たとえば各ピ
ークに対応するカラム画分を切り出し、オリゴヌクレオ
チド分子を溶出、精製等すればよい。 III.異性体の分取(第2段階) 分取した各異性体を、上記IIと同様の逆相クロマトグラ
フィー法によってさらに分離する。ただし、この時に
は、各異性体オリゴヌクレオチドの5′末端保護基をは
ずした状態でカラムに流す。こうすることによって、上
記IIで分取された各異性体の集合が各々4本のピークと
して分離される。すなわち、4量体からは合計8本のピ
ーク(第1段階:2ピーク×第2段階:4ピーク)、5
量体からは16ピーク(4×4)、6量体からは32ピ
ーク(8×4)が得られ、それらを上記IIと同様に分取
することによって、各分子量に応じた数量の立体異性体
(すなわち、4量体→8個;5量体→16個:6量体→
32個)が得られる。 IV.各異性体の結合 上記 IIIで分取した各異性体についてその立体構造を分
析し、目的に応じて幾つかを選択し、各々の5′末端を
リン酸化して結合する。こうすることによって、所望の
塩基配列と、リン酸結合部位における所望の絶体配置と
を有するOTP型ヌクレオチドが得られる。
【0018】なお、このヌクレオチドは10−30量
体、好ましくは15−20量体程度となるように異性体
を結合して作成する。また、各異性体の結合は、例えば
T4ライゲースを用いた酵素的方法あるいは縮合剤を用
いた化学的方法を用いて行なうことができる。以下、実
施例を示してこの発明をさらに詳細かつ具体的に説明す
るが、この発明は以下の例に限定されるものではない。
【0019】
【実施例】図3に示したように、ホスホロアミダイト法
固相自動合成とEt2 NC(S)SSC(S)NEt2
によるイオウ原子の導入を組み合わせて、配列番号1記
載の塩基配列を有する5量体OPT型オリゴヌクレオチ
ドを合成した。この合成オリゴヌクレオチドを、5′末
端の保護基(DMTr基)を結合した状態で市販の逆相
クロマトグラフィーカラム(40℃)に注入し、0.1
M酢酸トリエチルアンモニウム水溶液(pH7.0)か
らなる溶離液(A)と、等量の0.1M酢酸トリエチル
アンモニウム水溶液(pH7.0)およびアセトニトリ
ルからなる溶離液(B)を流速1.0ml/minで混
合比を変化させながら、順次カラムに通液し、254n
mの吸光度を指標として異性体を分離した。その結果、
図4に示したように4本のピーク(A、B、C、D)が
得られた。
【0020】次いで、この4本のピークを分取し、それ
ぞれの5末端保護基を外したのち、上記と同様の逆相ク
ロマトグラフィー法により再度異性体を分離した。その
結果、図5に示したようにA、B、C、Dの各画分から
各々4本のピークが検出され、さらにこれら16本のピ
ークについて分析した結果、各ピークが図5に示したR
/S異性体にそれぞれ対応することを確認した。
【0021】さらに、これら16本のピークからそれぞ
れ異性体を分取し、5′末端をリン酸化したのち4個毎
に任意の組み合わせでT4ライゲース結合して4種類の
OTP型オリゴヌクレオチドを作製した。これらのオリ
ゴヌクレオチドは、配列番号1の塩基配列を反復する2
0量体(20塩基)で、それぞれリン酸結合部位におけ
る絶体配置(R/S)が任意に設計されている。
【0022】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、所望の分子量と、所望の塩基配列、および所望の
絶体配置を有するOPT型オリゴヌクレオチドを簡便か
つ計画的に作製することが可能となる。これによってO
PT型オリゴヌクレオチドのアンチセンス分子としての
有用性が一層拡大し、ガンや難治性ウイルス疾患に対す
る新たな治療法、治療薬の開発が促進される。
【0023】
【配列表】
配列番号:1 配列の長さ:5 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CATCG
【図面の簡単な説明】
【図1】アンチセンス法の基本原理を例示した模式図で
ある。
【図2】各々、OPT型オリゴヌクレオチドの異性体を
例示した構造図である。
【図3】自動合成によるOPT型オリゴヌクレオチドの
合成例を例示した模式図である。
【図4】この発明方法における第1段階の異性体分離結
果を例示した吸光度(254nm)グラフである。
【図5】この発明方法における第2段階の異性体分離結
果を例示した吸光度(254nm)グラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の塩基配列と絶体配置とを有するホ
    スホロチオエート型オリゴヌクレオチドの製造法であっ
    て、 (1)任意の塩基配列を有するホスホロチオエート型オ
    リゴヌクレオチドを化学合成し、 (2)逆相クロマトグラフィー法によって、上記合成オ
    リゴヌクレオチドを5′末端保護のまま分離してホスホ
    ロチオエート型オリゴヌクレオチドの各立体異性体集合
    を分取し、 (3)これらの立体異性体集合を、5′末端脱保護のの
    ち、逆相クロマトグラフィー法によってさらに分離して
    各々の立体異性体を分取し、 (4)得られた立体異性体のなかから、所望の絶体配置
    を有するホスホロチオエート型オリゴヌクレオチドを選
    択し、それらの5′末端をリン酸化して結合する、こと
    を特徴とするオリゴヌクレオチドの製造法。
  2. 【請求項2】 請求項1の(1)において化学合成した
    ホスホロチオエート型オリゴヌクレオチドが、3〜8量
    体であるオリゴヌクレオチドの製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1の(2)および(3)の逆相ク
    ロマトグラフィー法に用いる溶離液が、酢酸アンモニウ
    ムおよび/または酢酸トリエチルアンモニウム水溶液を
    主成分とするオリゴヌクレオチドの製造法。
  4. 【請求項4】 請求項1の(4)におけるホスホロチオ
    エート型オリゴヌクレオチドの結合を、酵素的方法また
    は化学的方法により行うオリゴヌクレオチドの製造法。
  5. 【請求項5】 請求項1の(4)において結合されたホ
    スホロチオエート型オリゴヌクレオチドが、10−30
    量体であるオリゴヌクレオチドの製造法。
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