WO1998008856A2 - Spiegelselektion und spiegelevolution von nucleinsäuren - Google Patents

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WO1998008856A2
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    • C12N2310/10—Type of nucleic acid
    • C12N2310/18—Type of nucleic acid acting by a non-sequence specific mechanism

Definitions

  • the invention relates to methods for identifying and producing L-nucleic acids
  • Interactions can also occur with the cellular receptors or with viral
  • len particles are aimed for.
  • Nucleic acid is the inhibition or stimulation of a biological function or in
  • Molecules have a genotype (reproducible sequence) and a phenotype at the same time
  • the invention thus relates to a method for manufacturing
  • step (b) contacting the population of step (a) with the optical antipode of the
  • L-nucleic acid is understood here to mean any nucleic acid that is naturally present in the
  • Base body of the L-nucleic acids L-ribose or L-deoxyribose can be used.
  • target molecule occurring in the natural configuration means each
  • proteins composed of L-amino acids, L-amino acids, and D-nucleotides Nucic acids, as well as D-sugar and more complex sugar molecules composed of it
  • the generation of a heterogeneous population of D-nucleic acids can be done with any im
  • nucleic acids can be any nucleic acids.
  • the heterogeneous population of D-nucleic acids has any number of members.
  • the D-nucleic acids are in step (b) with the optical antipode of the target molecule in
  • optical antipode of an L- (poly) peptide can be:
  • cal antipode of the target molecule is bound to the column material and affine or
  • Bound nucleic acids can be washed out after washing the unbound nucleic acids
  • the separation can also be done using separation techniques
  • step (a) If a limited heterogeneity of the population from step (a) is present
  • küls interacting D-nucleic acids can be sequenced directly. Suitable sequencing
  • the invention therefore relates to a method which uses the D-nucleic acids with the racemic
  • the separation can be carried out using a column chromatography method
  • the natural enantiomer is bound or has low chiral specificity, can be eluted
  • Antipode-bound D-nucleic acids can then spe ⁇ with the racemic mixture
  • the L-nucleic acids are synthesized according to the method known in the art
  • sequence information can be obtained that the production of high affinity
  • the process lies in the high stability of the products in a biological environment.
  • ne affinity of the L-RNA for D-adenosine lies in the Be ⁇
  • the optical antipode of the target molecule is selected.
  • the target molecule is an RNA.
  • This L-nucleic acid not only exhibits the above-described high stability in biolo ⁇
  • L-nucleic acids are not or hardly processed by the immune system and thus,
  • the method according to the invention can be safely used as a medicament
  • the method according to the invention thus provides products that are mirror images of course
  • nucic acids These products have a defined sequence and have a high binding affinity for a given ligand or catalyze
  • the invention relates to a method in which
  • step (c) is additionally inserted after step (c)
  • the amplifications can also be carried out in isothermal systems
  • step (a) primer at their 5 ' and 3' ends.
  • the D-nucleic acid is selected at the RNA level.
  • Target molecule subsequent separation of the unbound molecules (selection) and
  • Binding affinity selected.
  • Antipode of the target molecule and D-nucleic acids can affect a variety of (highly) affine
  • the amplification step in the method according to the invention can be carried out conveniently
  • PCR is a method which is well established in the prior art
  • DNA can be amplified via PCR, with the amplification of
  • RNA is another process step that corresponds to the transcription of RNA into a
  • de cDNA by means of reverse transcriptase can be inserted.
  • the amplification can also be carried out using other methods known in the prior art
  • the amplification per se can be carried out by a method which has a certain error
  • PCR is known as such a method.
  • binding site required for optimal binding is more than about 25
  • step (a) the population of step (a) is actually not present, it can still be used with the
  • Method according to the invention are selected. This is done by first
  • This sequence is then mutagenized during amplification.
  • mutagenized sequence is subjected to further selection steps, with several
  • determined molecule with the optimal binding properties are in turn the for the binding of non-essential parts of the sequence is replaced by a randomized sequence.
  • the invention thus relates to a method for producing L-
  • step (b) contacting the population of step (a) with the target molecule
  • a heterogeneous population of L-nucleic acids is generated according to the im
  • Strand separation can be carried out using the method described in Example 4 or with any method
  • One way to obtain single-stranded DNA after PCR is to use a primer
  • Deoxynucleosides at the 5 'position are phosphorylated (Yoshikawa et al., Tetrahedron Lett.
  • L-dideoxynucleodide triphosphates are initially the L-deoxynucleosides in L-
  • dideoxynucleoside is according to Herdewijn et al. (J. Med. Chem. 31 (1988), 2040-2048), and
  • the invention relates to a method where
  • step (c) is additionally inserted after step (c)
  • D-polymerases which according to that of
  • Polymerases are carried out. Such systems were, for example, by Guatelli
  • steps (b) and optionally (ca) before carrying out step (d), steps (cb), (b) and optionally (ca) being in this order
  • Target molecule subsequent separation of the unbound molecules (selection) and
  • Binding affinity selected by varying the molar ratio of target mole
  • Kul and L-nucleic acids can be used on a plurality of (high) aff ⁇ nen L-nucleic acids
  • the result can be achieved by varying the number of selection layers, one
  • the invention relates to a method, wherein the
  • Nucic acids from step (a) deoxyribonucleic acids.
  • Step (b) of the invention thus comprises
  • pode of the target molecule optionally also cleavage of a substrate, which is usually
  • the target molecule is N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N
  • polypeptides or proteins can be glycosylated or non-glycosylated.
  • amino acid amino acid, peptide.
  • the (macro) molecules can interact.
  • Examples of such (macro) molecules are enzymes, structural proteins and hormones.
  • the (macro) molecules can accordingly be components of a larger one
  • Target molecule a single-stranded RNA, a double-stranded RNA, a single-stranded
  • DNA or a double-stranded DNA as well as combinations thereof.
  • Process includes any conformation that these (macro) molecules or combinations
  • the method according to the invention further comprises Kombina ⁇
  • Such combinations can, for example, consist of
  • RNA or DNA consist of triple helices.
  • Preferred pharmaceutically active substrates are e.g. B. steroids, ACE inhibitors, ß-
  • driving is a sugar molecule, for example a branched or an unbranched poly-
  • step (e) by chemical or enzymatic means.
  • step (e) the chemical synthesis of the L-nucleic acids in step (e) summarizes the following steps
  • the L-nucleic acids according to the invention are preferably mixed with the
  • L-nucleic acids according to the invention can be used in a variety of ways
  • the high affinity for the target molecule can make them similar to monoclonaie
  • Ant ⁇ korpe ⁇ * can be used for example with a marker or a
  • L-nucleic acids according to the invention can be any L-nucleic acids according to the invention.
  • L-nucleic acids can be coupled to carriers and used as Af-
  • L-nucleic acids can be used, for example, to separate enantiomers or to separate them
  • DNA sequences it is e.g. possible to correspond from the derived protein sequences
  • Nucleic acids can also serve as affinity materials for the separation of cellular factors or cells are used, such as in the separation of toxic components
  • This L-ribonucleic acid can be single or double stranded
  • Nucieic acid is a ribozyme
  • this invention describes the production of a high-affinity L-
  • L-RNA binds specifically to the D-adenosine (see example 2) or
  • nosins see example 2
  • Argimns see example 3
  • Nucleic acid an L-deoxy ⁇ bonucleic acid.
  • the L-ribonucleic acids As already noted for the L-ribonucleic acids according to the invention, the L-
  • Deoxyribonucleic acid is present in single or double-stranded form.
  • the invention further includes the use of the step (c) and / or step (ca) er ⁇
  • the invention includes medicaments containing one according to the above
  • the medicaments according to the invention can be used in a variety of ways.
  • the medicaments according to the invention can be used in a variety of ways.
  • the medicaments according to the invention can be used, for example, in the
  • the invention relates to a kit and a diagnostic agent containing one
  • the kit according to the invention can be used for diagnostic and
  • the L-nucleic acid of the kit according to the invention can be used with a
  • markers Provide markers and be used for in / ro detection of the target molecule.
  • Another object of the invention is the use of the
  • Example can be further literature on one of the above methods, means
  • Fig. 1 Design of high affinity RNAs.
  • step (a) a heterogeneous one is created
  • This matrix can be synthesized chemically.
  • the die can, for example, also from a fission product
  • step (c) amplified the template by PCR.
  • the DNAs obtained are in step (c) transcribed and then brought into contact with the target molecule.
  • Fig. 2 Mirror selection: In step (a) a population of heterogeneous D-DNAs
  • step (b) these are compared with the optical
  • Microsequencing methods are, for example, from Davis
  • sequence information held can then be the corresponding L-DNA or L-
  • RNA are synthesized (step d). This L-DNA or L-RNA is then
  • Fig. 3 mirror selection or evolution. The procedure corresponds to that in
  • the selected material is amphfected. If the amplified
  • amplified material with regard to the sequence information is therefore more heterogeneous
  • the amplification step also includes a variation step. Thus, all of them drive biological evolution
  • step (a) a population of heterogeneous L-DNAs
  • Antipode of the target molecule have interacted, they can
  • Micro sequencing methods are described, for example, by Davis et al. (op. cit.),
  • NEN sequence information can then the corresponding L-DNA or L-RNA are synthesized (step d) This L-DNA or L-RNA is then spe ⁇
  • step e specifically interact with the target molecule
  • Fig. 5 Mirror selection or evolution. The process corresponds to that in
  • Fig. 1 Solid phase synthesis of L-DNA
  • nucleotides represent the primer regions
  • Fig. 13 Secondary structure model of D-A42d. conserveed nucleotides are um ⁇
  • Fig. 14 Binding of D-A42d to L-adenosine () and L-A42d to D-adenosine (O).
  • FIG. 15 Enzymatic digestion of D-A42d. In the lanes a-h, 5 'were marked
  • Lane a, g, i and o alkali conductor; Lane b and n: RNase
  • Figure 16 CD spectra of D-A42d and L-A42d.
  • Fig. 17 Competitive binding curves of L-A42d. The competitions are shown
  • D-adenosine O
  • D-guanosine •
  • D-uridine D
  • D-cytidine ⁇
  • FIG. 18 Competitive binding constants of L-A42d. The dissociation is shown
  • K d c K d DA from competitor to D-adenosine competition (K d DA).
  • D-RA D-RA
  • Positions participate in base pairings in the secondary structure model.
  • Fig. 21 Secondary structure model of the consensus motifs of D-RA and D-RB.
  • Fig. 22 Enzymatic digestion of D-R16c. The figure shows an autoradiogram
  • Motifs are marked with brackets. In tracks a-i 5'-
  • Lane a, h, k and r alkali conductor; Track d-g and n-
  • Lane d and n RNase T
  • Lane e and o RNase T 2 .
  • Lane f and p RNase S). Lane g and q: RNase V,. Lane b. c, 1. and m: dena-
  • Lane b and 1 B. cereus. Lane c and m: RNase T ,.
  • Fig. 23 Secondary structure model of D-R16c. The arrows mark the interface
  • Fig. 24 Binding of D-R16c to D-arginine ( ⁇ ) and L-arginine ( ⁇ ).
  • Figure 25 CD spectra of D-R16c and L-R16c.
  • Fig. 26 Binding of L-R16c to L-arginine (•) and D-arginine (O).
  • Fig. 27 Competitive binding analysis of LR 16c with L-arginine () and Tat peptide
  • Fig. 28 Iterative in vitro separation and sequencing.
  • the heterogeneity of the population can be reduced
  • the PCR amplification can be run through until
  • L-adenosine was derived from L-arabinose according to Holy and Sorm (Collect. Czech.
  • L-cytidine and L-guanosine were as described by Vorbrüggen et al. (Chem. Ber. 114
  • Ephnerization obtained from L-arabinose and then in a three-step synthesis
  • Bound protected nucleosides were constructed as described by Usman et al. (J. Am. Chem. Soc. 109 (1987), 7845-7854) for the D isomers (Fig. 7).
  • the oligoribonucleotide was protected in (10 x A 260 ) ⁇ l tetrabutylammonium fluorine. o ⁇ d (1.1 M in tetrahydrofuran) and (1 x A 260 ) ⁇ l ethanol-water (1: 1, v / v) dissolved and
  • the L-Ohgo ⁇ bonucleotide was from the gel piece for 12 hours
  • L-2'-deoxyadenosine and L-2'-deoxyguanos ⁇ n were starting from L-adenosine and
  • L-2'-deoxythymidine was prepared from 3 ', 5'-di-O-benzoyl-2'- deoxyuridine after conversion to the 4-thio-De ⁇ vat by reaction with methano -
  • Oligodeoxyribonucleotide was rophorese via denaturing polyacrylamide gel
  • the product band was detected by UV shadowing and cut out.
  • the L-oligodeoxyribonucleotide was eluie ⁇ from the gel piece for 12 hours with H 2 O.
  • L-adenosine was immobilized on Sepharose.
  • the L-nucleoside was as in Example 1
  • L-adenosine condenses.
  • the L-adenosine derivative was at a final concentration of
  • v rro transcription with T7 RNA polymerase from a mixture of DNA molecules obtained which contained a 60-nucleotide region with random sequences.
  • the region was delimited by 20 nucleotide long DNA regions with predetermined
  • RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in order to avoid the accumulation of ligand-affinity ligands, the RNA in
  • the column bed volume of the guard column was 150
  • Binding buffer can be specifically eluted. For all further selection rounds
  • RNA about 1 nmol of RNA applied and 100 ul precolumns or 250 ul main columns
  • Micro dialysis chambers determined. The two compartments were separated by one
  • CD spectra were from 1 A 26 o
  • Oligonucleotide in 0.1 M NaCl and 10 mM sodium phosphate, pH 7.0 at 4 ° C with a
  • D-A42d for D-adenosine and L-A42d for L-adenosine are> 20 mM (Fig. 17
  • Competitor aquilib ⁇ ert were. As described above, the percentage was bunched
  • D-guanosine has a Kr of 4.8 ⁇ M
  • Competitor dissociation constants of D-U ⁇ din and D-Cytidin in the rmllimolar range are Competitor dissociation constants of D-U ⁇ din and D-Cytidin in the rmllimolar range.
  • the D and L oligoribonucleotides were at a concentration of 10 ⁇ M in 90%
  • Human serum (Sigma, H-1388) buffered with 10 mM sodium phosphate, pH 7.0
  • Digitized gel exposures from a video densitometer were made using a
  • the affinity material was activated by coupling D-arginine to epoxy-activated agarose
  • Coupling buffer (0.1 M sodium carbonate buffer, pH 9.5) washed.
  • the agarose was
  • the capacity of the gel was determined by Scintillation counting determined. With the exception of the coupling step, this was
  • the region was identified by 20 nucleotide long DNA regions with a given sequence
  • topography a solution of 320 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, and 5 mM MgC as
  • RNA molecules were mixed with 4 column volumes of a 15 mM D-arginine solution
  • affinity column first washed with L-arginine and only then
  • RNA molecules were reverse transcribed, cloned and sequenced.
  • the variant D-R16c a 38 nucleotide long RNA molecule (FIG. 23), contains the
  • the AUA loop and the GAN-Bu are highly conserved for the nucleotides in
  • L-R16c The L-enantiomer of D-R16c (referred to as L-R16c) was determined by chemical solid phase
  • Micro-dialysis chambers determine increasing amounts of L- [4,5- H] Arg ⁇ nm (ICN) or D-
  • D-R16c and L-R16c were, as listed in Example 2, in human serum
  • RNA molecules described in Example 2 from the tenth round of selection were:
  • Example 2 oligonucleotides were used as primers, each with 20 nu
  • the PCR products were over a denaturing polyacrylamide gel (7 M urea)
  • the DNA molecules were eluted from the gel with water and removed by gel filtration.
  • the isolated amount of DNA product was determined by absorption at 260 nm
  • Quenching reactions were made from the double-stranded PCR products of single-stranded DNA by selectively selecting the phosphoryherte strand through lambda exonuclease

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Identifizierung und Herstellung von L-Nucleinsäuren, die mit einem in der natürlichen Konfiguration auftretenden Zielmolekül in Wechselwirkung treten sowie mit diesem Verfahren hergestellte L-Nucleinsäuren. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung von an die optische Antipode des Zielmoleküls bindenden D-Nucleinsäuren als Matrize zur Herstellung von L-Nucleinsäuren mit identischer Sequenz sowie Arzneimittel und Kits, welche die erfindungsgemäßen L-Nucleinsäuren enthalten.

Description

Spiegeiselektion und Spiegelevoiution von Nucieinsäuren
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Identifizierung und Herstellung von L-Nucleinsäuren,
die mit einem in der natürlichen Konfiguration auftretenden Zielmolekül in Wechselwir¬
kung treten, sowie mit diesem Verfahren hergestellte L-Nucleinsäuren. Die Erfindung be¬
trifft ferner die Verwendung von an die optische Antipode des Zielmoleküls bindenden D-
Nucleinsäuren als Matrize zur Herstellung von L-Nucleinsäuren mit identischer Sequenz,
sowie Arzneimittel, Kits, diagnostische Mittel und Sensorsysteme, welche die erfindungs-
gemäßen L-Nucleinsäuren enthalten.
In den letzten Jahren sind neue Technologien etabliert worden, die Nucieinsäuren in bisher
nicht geahnter Weise zum Einsatz bringen können. Hierzu gehören z. B. der Einsatz dieser
Moleküle als Katalysatoren, Inhibitoren oder Stimuiatoren von biochemischen Reaktionen,
die innerhalb oder außerhalb einer Zelle ablaufen. Es besteht kaum Zweifel, daß diese
Technologien in der Zukunft eine dominante Rolle in den Bereichen der Medizin, pharma¬
zeutischen Diagnostik, der Biotechnologie und der Landwirtschaft einnehmen werden.
Ein wesentlicher Bestandteil einiger der neuen DNA- und RNA-Technologien ist die Se- lektion bzw. Evolution in vitro (vgl. beispielsweise die Übersichtsartikel von J. W.
Szostak, TIBS 17 (1992), 89 bis 93, Famulok und Szostak, Angew. Chemie 104 (1992), 1001-101 1 und Gold et al , Annu Rev Biochem ( 1995) Diese beruhen auf der Arbeits¬
weise biologischer Systeme Dabei lassen sich aus einer kombinatorischen Bibliothek hete¬
rogener Nucle sauremolekule durch Variation. Selektion und Rephkation neue DNA-
oder RNA-Molekule mit gewünschten Eigenschatten gewinnen Damit sind in einem der-
artigen in v/ o-System alle Faktoren gegeben, die auch bei der biologischen Evolution
auftreten Mit Recht kann daher hier von einer in vz/ro-t volution gesprochen werden, die
natürlicherweise ablaufende Vorgange um ein Vielfaches beschleunigt Sofern in diesem
System keine zusätzlichen Variationsschritte auftreten, handelt es nicht um eine in vitro-
Lvolution, sondern lediglich um ein in v//ro-Selektιonsv erfahren
Aus einer Gruppe von bis zu 10 verschiedenen RN
Figure imgf000004_0001
können durch ein zykli¬
sches Verfahren von Polymerase-K-ettenreaküon (PCR) 1 ranskription. selektiver Bindung
und reverser Transkription die RNA-Molekule isoliert werden, die hochaffine Bindungsei¬
genschaften oder katalvtische Eigenschaften besitzen v gl Gold et dl , a a O Einer der
wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens hegt dann daß bei dem zu selektiomerenden
Molekül keine Kenntnisse über die Struktur vorhanden sein müssen, Moleküle mit
„richtiger" Struktur werden durch den Selektionsschritt aus der Ausgangspopulation an
Molekülen herausgefiltert und können, falls erwünscht, anschließend sequenziert werden
Das Prinzip dieses Selektions- bzw Evolutionsvcrfahrens ist in Fig 1 schematisch darge-
stellt
Beispiele für derartige in vj/ro-Selektions- bzw -Evolutionsverfahren wurden von Tuerk
und Gold, Science 249 (1990), 505-510, Berzal-Herranz et a! , Genes & Development 6 (1992), 129-134 und von Robertson und Joyce. Nature 344 (1990). 467-468 bereitgestellt.
Diese Arbeitsgruppen haben über etwas unterschiedliche Versuchsansätze erfolgreich
funktioneile Ribonucleinsäuren selektioniert, die eine vorbestimmte, vom natürlichen
Substrat verschiedene Nucleinsäure binden bzw. spalten. In einer neueren Arbeit konnten
Lehmann und Joyce zeigen, daß sich die Metallionenspezifität eines Ribozyms von Mg2+
nach Ca2+ durch ein derartiges in v/ϊro-Evolutionsverfahren ändern läßt (Nature 361
(1993), 182-185).
Hochaffine RNA- aber auch DNA-Moleküle können nicht nur zu dem Zweck konstruiert
werden, daß sie mit anderen Nucieinsäuren, sondern vor allen Dingen mit Proteinen, ande¬
ren kleineren Molekülen der Zelle oder synthetischen Verbindungen in Wechselwirkung
treten. Wechselwirkungen können aber auch mit den zellulären Rezeptoren bzw. mit vira-
len Partikeln angestrebt werden. In der Regel soll durch die Wechselwirkung der hochaffi-
nen Nucleinsäure die Inhibierung oder Stimulierung einer biologischen Funktion oder in
Sensorsystemen ein Signal erreicht werden.
Der Vorteil von Nucleinsäure-Bibliotheken gegenüber kombinatorischen Bibliotheken von
anderen Oligomeren oder Polymeren besteht in der dualen Natur von Nucieinsäuren. Die
Moleküle besitzen gleichzeitig Genotyp (vermehrungsfähige Sequenz) und Phänotyp
(funktioneile Struktur). Dadurch wird es möglich, aus sehr großen kombinatorischen Bi¬
bliotheken funktioneile Moleküle zu amplifizieren und durch Sequenzierung zu identifizieren. Die zusätzliche Markierung der Molekülbibliothek zur Identifizierung funktioneller
Varianten durch z. B. "Tagging" (Janda, Proc. Natl. Acad. Sei. USA 91 (1994), 10779- 10785) und die damit verbundenen technischen Probleme (Gold et al., a.a.O.; Gold, J. Biol.
Chem. 270 (1995), 13581-13584) lassen sich vermeiden. Bei der Verwendung von kombi¬
natorischen Phagenbibliotheken zur Identifizierung von Peptidmotiven (Scott und Smith,
Science 249 (1990), 386-390, Devlin et al., Proc. Natl. Acad. Sei. USA ( 1990), 6378-
6382), bei der die Verbindung von Genotyp und Phänotyp ebenfalls gegeben ist, bestehen
andere Nachteile. Während Oligonucleotide von nur 25 Nucleotiden schon sehr stabile
Strukturen ausbilden können, besitzen vergleichbare Oligopeptide große konformationelle
Freiheiten (Gold et al., a.a.O.). Die strukturelle Freiheit von Peptiden und die daraus resul¬
tierenden entropischen Nachteile bei der Wechselwirkung mit Zielstrukturen limitieren die
Einsatzmöglichkeiten von Peptiden, soweit hohe Affinitäten und Spezifitäten für die An¬
wendung der Moleküle benötigt werden. Diese Einschränkungen gelten auch für die Se¬
lektion biologisch stabiler D-Peptide durch Phagenbibliotheken (Schumacher et al.,
Science 271 (1996), 1854-1857). Auch die Verwendung cyclischer Peptide kann diese
prinzipiellen Nachteile nicht aufheben (Gold et al., a.a.O.).
Der besondere Nachteil bei der Verwendung von kombinatorischen Nucleinsäure-
Bibliotheken gegenüber anderen Oligomeren oder Polymeren besteht in der geringen Sta¬
bilität von Nucieinsäuren in biologischen Flüssigkeiten.
Alle bisher bekannten Selektions- und Evolutionsverfahren sind jedoch nur in der Lage,
hochaffine oder katalytische RNAs bzw. DNAs in der natürlichen Form, d. h. mit D-
Ribose bzw. D-Desoxyribose als Grundkörper herzustellen. Bei der Anwendung in biologi- scher Umgebung werden diese Moleküle von Enzymen abgebaut Der Abbau fuhrt zu einer
kurzen Wirkungszeit dieser hochaffinen oder katalytischen Nucieinsäuren
Zwar besteht die Möglichkeit, nach der Selektion von unmodifizierten Nucieinsäuren eine
gezielte Modifikation einzufuhren, die den enzymatischen Abbau verlangsamen soll Al¬
lerdings laßt sich der Einfluß dieser Modifikation auf die Struktur und damit die Funktions- fahigkeit der Nucieinsäuren nicht vorhersagen Weiterhin lassen sich veränderte, uner¬
wünschte Eigenschaften nicht abschätzen Zudem fuhrt der Abbau chemisch modifizierter
DNAs oder RNAs zu Produkten, die als Analoga von Nucleosiden, Nucleotiden oder Oh¬
gonucleotiden auf schwerwiegende und nachteilige Weise in den Zellmetabolismus ein¬
greifen können
Weiterhin ist es möglich, in das Verfahren modifizierte Nucleosidtπphosphate einzubezie-
hen, die die Stabilität der Nucieinsäuren erhohen Beispiele für diese Vorgehensweise wur-
den von Jellinek et al., Biochemistry 34 (1995). 1 1363-1 1372 und Eaton and Pieken, Annu
Rev. Biochem 64 (1995) 837-863 beschrieben Da die Nuclosidtπphosphate mit den ver¬
wendeten Polymerasen kompatibel sein müssen, ist das Spektrum der möglichen Modifi¬
kationen sehr begrenzt. Weiterhin ist zu erwarten, daß der Abbau dieser modifizierten
Nucieinsäuren zu besonders toxischen Effekten führt
Der Erfindung lag somit das technische Problem zugrunde, Verfahren bereitzustellen, mit
denen über in vz/ro-Selektion bzw. -Evolution hochaffine Nucleinsauremolekule hergestellt
werden können, die die vorstehend genannten, im Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweisen. Dieses technische Problem wird durch die in den Ansprüchen gekenn¬
zeichneten Ausführungsformen gelöst. Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Her¬
stellung von L-Nucleinsäuren, welche mit einem in der natürlichen Konfiguration auftre¬
tenden Zielmolekül in Wechselwirkung treten, das die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Erzeugung einer heterogenen Population von D-Nucieinsäuren;
(b) Inkontaktbringen der Population von Schritt (a) mit der optischen Antipode des
Zielmoleküls;
(c) Abtrennen der D-Nucleinsäuren, die nicht mit der optischen Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung getreten sind;
(d) Sequenzierung der D-Nucleinsäuren, die mit der optischen Antipode des Zielmole¬
küls in Wechselwirkung getreten sind;
(e) Synthese von L-Nucleinsäuren, die in ihrer Sequenz mit den in Schritt (d) für die D-
Nucleinsäuren ermittelten Sequenzen identisch sind.
Unter „L-Nucleinsäure" wird hier jede Nucleinsäure verstanden, die in der natürlicherweise
nicht vorkommenden L-Konfiguration vorkommt. Dies bedeutet, daß anstelle der natürli¬
cherweise das Rückgrat einer Nucleinsäure bildenden D-Ribose oder D-Desoxyribose als
Grundkörper der L-Nucleinsäuren L-Ribose bzw. L-Desoxyribose verwendet werden.
Unter dem Begriff „in der natürlichen Konfiguration auftretendes Zielmolekül" wird jedes
mögliche Molekül verstanden, an das eine Nucleinsäure binden kann, sofern es in seiner in
der Natur auftretenden Struktur vorkommt. Beispiele für solche Moleküle sind aus L- Aminosäuren zusammengesetzte Proteine, L-Aminosäuren, aus D-Nucleotiden bestehende Nucieinsäuren, sowie D-Zucker und daraus zusammengesetzte komplexere Zuckermoleku-
le
Die Erzeugung einer heterogenen Population von D-Nucleinsauren kann mit jedem im
Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen Beispiele für derartige Verfahren sind die
Amphfikation genomischer Fragmente (Kinzler und Vogelstein, Nucl Acids Res. 17
(1989), 3645-3635) oder die chemische Festphasensynthese von DNA-Molekulen an Syn¬
theseautomaten (Thiesen und Bach, Nucl. Acids Res 18 ( 1990), 3203-3209 und Pollock
und Treisman, Nucleic Acids Res 18 (1990). 6197-6204) Darüber hinaus ist der Fach-
mann in der Lage, je nach Versuchsanordnung Abwandlungen dieser Verfahren bereitzu¬
stellen, die ebenfalls zum gewünschten Ergebnis fuhren Die Nucieinsäuren können aus
einer beliebigen Zahl von D-Nucleotiden zusammengesetzt sein Vorzugsweise weisen die
D-Nucleinsauren in mindestens 15 Positionen zufallige (nicht vorbestimmte) Nukieotide
auf.
Die heterogene Population von D-Nucleinsauren weist eine beliebige Anzahl von Mitghe-
- dem, vorzugsweise mindestens 10 Mitglieder auf
Die D-Nucleinsauren werden in Schritt (b) mit der optischen Antipode des Zielmoleküls in
Kontakt gebracht, die eine Wechselwirkung der (hoch)affinen Nucleinsäure mit der opti¬
schen Antipode des Zielmoleküls erlauben. Unter „optischer Antipode des Zielmoleküls" wird hier die enantiomere Form eines in der
natürlichen Konfiguration vorkommenden (Makro)Moleküls verstanden. Die optische An¬
tipode des Zielmoleküls kann nach dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren
hergestellt werden. So haben beispielsweise Orata et al. (Nucl. Acids Res. 20 ( 1992), 3325
bis 3332) die Synthese eines aus L-Desoxyribosen zusammengesetzten Hexadesoxyribo-
nucleotids beschrieben. Ferner können die L-Nucleinsäuren, wie in Beispiel 1 beschrieben,
hergestellt werden. Die optische Antipode eines L-(Poly)peptids kann zum Beispiel nach
den von Milton et al. (Science 258 (1992), 1445-1448) oder den von Muir (Strucrure 3 (1995), 649-652) beschriebenen Verfahren von hergestellt werden.
Die Abtrennung der D-Nucleinsäuren, die nicht mit dem Zielmolekül in Wechselwirkung
getreten sind, erfolgt nach im Stand der Technik bekannten Verfahren. Beispielsweise kann
die Abtrennung über ein säulenchromatographisches Verfahren erfolgen, wobei die opti¬
sche Antipode des Zielmoleküls an das Säulenmaterial gebunden ist und affine bzw.
hochaffine D-Nucleinsäuren unter geeigneten Bedingungen zurückgehalten werden. Die so
gebundenen Nucieinsäuren können nach Auswaschen der nicht-gebundenen Nucieinsäuren
vom Säulenmaterial eluiert werden. Die Abtrennung kann aber auch über Trenntechniken
wie Filtermethoden oder magnetische Partikel erfolgen. Der Fachmann ist darüber hinaus
in der Lage, die im Stand der Technik bekannten Verfahren für seine speziellen Bedürfhis-
se zu modifizieren.
Nachdem die nicht-wechselwirkenden Nucieinsäuren von den wechselwirkenden getrennt
sind, werden die wechselwirkenden Nucieinsäuren von der optischen Antipode des Zielmo- leküls getrennt. Sofern eine limitierte Heterogenitat der Population von Schritt (a) vorgele¬
gen hat und davon ausgegangen werden kann, daß eine genugende Anzahl gleicher oder
ahnlicher Moleküle vorliegt, können die zuvor mit der optischen Antipode des Zielmole¬
küls wechselwirkenden D-Nucleinsauren direkt sequenziert werden. Geeignete Sequenzier-
verfahren sind im Stand der Technik bekannt; vgl. Sambrook et al., Molecular Cloning, A
Laboratory Manual 2. Auf! 1989, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor.
Sofern in diesem Selektionsverfahren Nucieinsäuren verschiedener Sequenz an die opti¬
sche Antipode des Zielmolekuls binden und anschließend sequenziert werden, kann eine
Sequenzinformation erhalten werden, die an verschiedenen Positionen mehrdeutig ist. Al-
lerdings kann damit gerechnet werden, daß eine Anzahl von Nucieinsäuren in bestimmten
Positionen konserviert ist Dies deutet auf ihre Rolle bei der Bindung der optischen Anti¬
pode des Zielmolekuls hin, wie von Blackwell et al gezeigt werden konnte (Blackwell und
Weintraub, Science 250 ( 1990), 1 104 bis 1 1 10, Blackwell et al., Science 250 (1990), 1 149
bis 1 151 ). Mit dieser limitierten Information ist der Fachmann bereits in der Lage, eine L-
Nucleinsäure zu synthetisieren, die an das gewünschte Zielmolekül binden kann.
Das Verfahren zur Identifizierung spiegelbildlicher Nucieinsäuren ist für viele Anwendun¬
gen aufwendig, da zunächst die optische Antipode der Zielstruktur in enantiomerenreiner
Form zu präparieren ist. Die Racemat-Spaltung läßt sich umgehen, wenn die enantiomeren-
reine Zielstruktur zur Verfügung steht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
betrifft die Erfindung daher ein Verfahren, das die D-Nucleinsäuren mit dem racemischen
Gemisch eines Zielmoleküls in Wechselwirkung bπngt. Die Abtrennung der D-
Nucleinsäuren, die nicht mit dem racemischen Gemisch des Zielmoleküls in Wechselwir- kung getreten sind, erfolgt nach im Stand der Technik bekannten Verfahren Beispielsweise
kann die Abtrennung über ein saulenchromatographisches Verfahren erfolgen, wobei das
racemische Gemisch des Zielmolekuls an das Saulenmateπal gebunden ist, und affine bzw
hochaffine D-Nucleinsauren unter geeigneten Bedingungen zurückgehalten werden Hier
binden zunächst Nucieinsäuren. die entweder (a) an die Zielstruktur, (b) an die spiegelbild¬
liche Zielstruktur oder (c) aufgrund geπnger chiraler Diskriminierung mit beiden Isomeren
in Wechselwirkung treten können Der Anteil hochaffiner D-Nucleinsauren, der an das na¬
turliche Enantiomer gebunden ist oder geringe chirale Spczifitat besitzt, kann durch Elution
mit dem natürlichen Zielmolekul ausgewaschen werden Die verblieoenen. an die optische
Antipode gebundenen D-Nucleinsauren, können dann mit dem racemischen Gemisch spe¬
zifisch eluiert werden Damit wird es möglich das Verfahren der Spiegelselektion bzw
Spiegelevolution auch ohne Isolierung der optischen Antipode des Zielmolekuls durchzu¬
fuhren
Die Synthese der L-Nucleinsauren erfolgt nach dem im Stand der Technik bekannten Ver¬
fahren (Urata et al , a a O ) bzw nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren
Aus den Betrachtungen von L Pasteur (z B in Soc Chim Paπs 1860, 1 , (1860) über En-
antiomere läßt sich postulieren, daß die natürlich auftretenden Nucieinsäuren optische An-
tipoden besitzen, deren Grundkoφer die L-Ribose bzw L-Desoxyπbose ist. Erfindungsge¬
mäß ist nunmehr gelungen, die chemische Festphasensynthese von L-RNA und L-DNA in
beliebiger Sequenz zu etablieren (vgl Beispiel 1 ) Betrachtet man jetzt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren selektionierte Nuclein¬
säure. so läßt sich postulieren, daß ein entsprechendes L-Polymeres identischer Sequenz
mit der optischen Antipode des Zielmoleküls in gleicher Weise echseiwirkt. Wird nun
das Enantiomere des Zielmoleküls bei dem Evolutions- oder Selektionsverfahren einge-
setzt, so läßt sich eine Sequenzinformation gewinnen, die die Produktion von hochaffinen
oder katalytischen L-RNAs bzw. L-DNAs erlaubt. Das Prinzip dieses Verfahrens ist in Fig.
2 dargestellt. Der Vorteil dieses als Spiegelselektion oder Spiegelevolution bezeichneten
Verfahrens liegt in der hohen Stabilität der Produkte in biologischer Umgebung. Mit die¬
sem Verfahren wurde erstmalig ein L-Oligoribonucleotid identifiziert, das mit hoher Affini-
tat an das natürlich auftretende D-Adenosin bindet (vgl. Beispiel 2). Nach Inkubation des L-
Oligoribonucleotids in Humanserum konnte kein Abbau festgestellt werden. Bei den nach¬
folgenden Untersuchungen ließ sich nachweisen, daß das L-Oligoribonucleotid nur das D-
Adenosin bindet und das D-Oligoribonucleotid nur das L-Adenosin. Damit ist gezeigt, daß
sich D- und L-Oligonucleotide mit identischen, kovalent verknüpften Nucleotidbindungen
in exakt gleicher Weise zur dreidimensionalen Struktur falten, und daß die Nucleotidse-
quenz allein die Tertiärstruktur einer Nucleinsäure bestimmt. Die in Beispiel 2 beschriebe¬
ne Affinität der L-RNA zu D-Adenosin (Dissoziationskonstante von 1,8 μM) liegt im Be¬
reich der bisher durch in vitro Evolution erzielten Affinitäten von D-RNA zu Nucleosiden
(vgl. Connell und Yarus, Science 264 (1994), 1 137-1 141 und Huizenga und Szostak, Bio-
chemistry 34 (1995), 656-665). Damit ist erstmalig gezeigt, daß L-Nucleinsäuren in der
Lage sind, gleichgroße Affinitäten zu natürlich auftretenden chiralen Zielsubstanzen zu
entwickeln, wie D-Nucleinsäuren. Das Prinzip des Verfahrens konnte durch die Identifizie¬
rung von Arginin-spezi fischen Liganden bestätigt werden (vgl. Beispiel 3). Die Spiegelevolution bzw. Spiegelselektion weist die Besonderheit auf. daß auf die opti¬
sche Antipode des Zielmoleküls selektioniert wird. Diese Besonderheit bringt zwei we¬
sentliche Vorteile mit sich: Zum einen wird die optische Antipode des Zielmoleküls wäh-
rend des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht so leicht abgebaut, wie dies für die natürlich
vorkommenden Enantiomere der Fall ist. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn
das Zielmolekül eine RNA ist. Zweitens bietet das hier beschriebene Verfahren insbeson¬
dere den im Stand der Technik unbekannten Vorteil, daß nach erfolgter Selektion bzw.
abgeschlossener Evolution das Enantiomere der selektionierten (hoch)affinen D-
Nucleinsäure hergestellt wird.
Diese L-Nucleinsäure weist nicht nur die vorstehend beschriebene hohe Stabilität in biolo¬
gischer Umgebung auf, die ihre langanhaltende Wirkung in biologischen Systemen garan¬
tiert. Als Folge dieser Stabilität, die auf das Fehlen geeigneter degradierender Enzyme in
biologischen Systemen zurückzuführen ist, entstehen keine Metaboliten dieser Nucieinsäu¬
ren, die eine gesundheitliche Gefährdung darstellen könnten. Darüber hinaus dürften diese
L-Nucleinsäuren auch vom Immunsystem nicht oder kaum prozessiert werden und damit,
wenn überhaupt, eine nur geringe Immunreaktion hervorrufen. Die Produkte des erfin¬
dungsgemäßen Verfahrens können demnach unbedenklich als Arzneimittel eingesetzt wer-
den.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert somit Produkte, die Spiegelbilder der natürlich
vorkommenden Nucieinsäuren sind. Diese Produkte haben eine definierte Sequenz und besitzen eine hohe Bindungsaffinitat gegen einen vorgegebenen Liganden oder katalysieren
eine gewünschte Reaktion an einem beliebigen Zielmolekul Damit verfugt man über
chemisch synthetisierte Polymere, die eine hohe biologische Stabilität aufweisen und in
Analogie zu monoclonalen Antikoφern eingesetzt werden können. Die vielseitigen hydro-
lytischen Eigenschaften, aber möglicherweise auch synthetischen Eigenschaften, machen
diese erfindungsgemaßen Moleküle, insbesondere für chemische oder pharmazeutische Anwendungen interessant
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, wo-
bei zusätzlich im Anschluß an Schritt (c) folgender Schritt eingefugt wird
(ca) Amphfikation der D-Nucleinsauren, die mit der optischen Antipode des Zielmole¬
kuls in Wechselwirkung getreten sind
Mit dieser Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens lassen sich insbesondere
solche D-Nucleinsauren selektionieren, die in der heterogenen Ausgangspopulation in ge¬
ringer Anzahl vorliegen Das Prinzip dieser bevorzugten Ausfuhrungsform ist in Fig 3
dargestellt. Der zusätzliche Amplifikationsschritt vermehrt die durch Bindung an die opti¬
sche Antipode des Zielmolekuls erhaltenen (hoch)af ιnen D-Nucleinsauren Diese können
in einem erneuten Selektionsschritt weiter angereichert oder nach Amphfikation direkt
sequenziert werden
Die Amplifikationen können jedoch auch in lsothermalen Systemen durchgeführt werden
Derartige Systeme wurden beispielsweise von Guatelh et al (Proc. Natl Acad. Sei. USA 87 (1990) 1874-1878), und Walker et al (Nucl. Acids Res 20 (1992). 1691-1696) be¬
schrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wei-
sen die D-Nucleinsauren der Population von Schritt (a) an ihren 5'- und 3'-Enden Primer-
bindungsstellen bzw Komplementarsequenzen zu Pπmerbindungsstellen auf, die eine
Amplifikation der in Schritt (ca) erhaltenen D-Nucleinsauren durch PCR ermöglichen.
Diese Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen V erfahrens ist besonders geeignet, wenn
die Selektion der D-Nucieinsaure auf RNA-Ebene erfolgt Darüber hinaus kann die Trans¬
kription mittels einer DNA-abhangigen RNA Polvmerase als zusätzlicher Amplifikations-
schπtt neben der PCR \ erwendet werden Eine Kombination dieser beiden Λmphfikations-
schntte ermöglicht somit eine besonders hohe Ausbeute an D-Nucleinsauremateπal, das
mit der optischen Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung getreten ist
In einer anderen bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird
im Anschluß an Schntt (ca) folgender Schritt eingefugt
(cb) Inkontaktbringen der amplifizierten D-Nucleinsauren mit der optischen Antipode
des Zielmoleküls, an die sich die Schntte (b) und gegebenenfalls (ca) vor der Durchführung des Schnttes (d)
anschließen, wobei die Schritte (cb), (b) und gegebenenfalls (ca) in dieser Reihenfolge ein
oder mehrere Male wiederholt werden können Die Amplifikaticn der in den Selektionsschritten isolierten D-Nucleinsäuren durch PCR
führt auf bequeme Weise zur Anreicherung der gewünschten D-Nucleinsäuren. In der be¬
vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem mehrere Cyclen
von Inkontaktbringen der amplifizierten D-Nucleinsäuren mit der optischen Antipode des
Zielmoleküls, nachfolgendes Abtrennen der nicht gebundenen Moleküle (Selektion) und
Amplifikation aufeinander folgen, werden letztendlich die Nucieinsäuren mit der höchsten
Bindungsaffinität selektioniert. Durch Variation des molaren Verhältnisses von optischer
Antipode des Zielmoleküls und D-Nucleinsäuren kann auf eine Mehrzahl von (hoch)affinen
D-Nucieinsäuren (Verhältnis > 1 ) oder auf eine oder nur wenige Nucieinsäuren (Verhältnis
<1) selektioniert werden. Entsprechend erhält man in Schritt (e) eine oder wenige hochaffi¬
ne L-Nucleinsäuren oder eine Mehrzahl (hoch)affiner L-Nucleinsäuren. Ein entsprechendes
Ergebnis läßt sich durch Variation der Anzahl von Selektionsschritten erreichen, wobei
eine große Anzahl von Selektionsschritten letztendlich auf eine oder wenige D-
Nucleinsäuren mit hohen Bindungsaffinitäten selektionieren wird.
Der Amplifikationsschritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich bequemerweise
durch PCR bewerkstelligen. Die PCR ist ein im Stand der Technik gut etabliertes Verfah¬
ren, dessen Prinzipien beispielsweise in Sambrook, a.a.O. beschrieben sind. Sowohl RNA
als auch DNA können über PCR amplifiziert werden, wobei bei der Amplifikation von
RNA noch ein Verfahrensschritt, der die Umschreibung von RNA in eine korrespondieren¬
de cDNA mittels reverser Transkriptase bewirkt, eingefügt werden kann. Die Amplifikation kann jedoch auch mit anderen im Stand der Technik bekannten Verfah¬
ren erzielt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wer-
den bei der Amplifikation Nucleotide in die neu zu synthetisierenden Nucleotidstrange
eingebaut, die an dieser Nucleotidsaureposition in den in Schritt (a) vorkommenden, mit
dem Zielmolekül wechselwirkenden D-Nucleinsauren nicht vorkommen
Durch diese bevorzugte Ausfuhrungsform kann hnlich wie in der biologischen in vivo-
Evolution auf neue, in der Ausgangspopulation nicht vorkommende D-Nucleinsaurespecies
selektioniert werden Hier hegt also ein Fall von m v/rro-Evolution vor Mehrere Varianten
dieses Verfahrens sind denkbar, die alle in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
fallen.
Einmal kann die Amplifikation per se durch ein Verfahren erfolgen, das eine gewisse Feh¬
lerrate beim Einbau der Nucleotide in den neu zu synthetisierenden Strang aufweist. Die
PCR ist als ein solches Verfahren bekannt.
Sofern die für eine optimale Binding erforderliche Bindungsstelle mehr als etwa 25
Nucleotide aufweist, ist die entsprechende Sequenz mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
nicht in der ursprünglichen Population von Schritt (a) enthalten. Dies hegt daran, daß aus
Praktikabilitätsgrunden ab einer bestimmten Lange der Nucleotidsequenz (die im Bereich von etwa 25 Nucleotiden hegt) in dieser Population nicht jede mögliche Sequenz enthalten
Wenn die optimale Sequenz für die Bindung an die optische Antipode des Zielmoleküls in
der Population von Schritt (a) tatsächlich nicht vorhanden ist, kann sie dennoch mit dem
erfindungsgemaßen Verfahren selektioniert werden Dies geschieht dadurch, daß zunächst
eine D-Nucleinsaure mit suboptimaler Bindungsaffinitat aus der Population isoliert wird
(innerhalb der Population stellt diese Sequenz allerdings das Molekül mit optimaler Bin¬
dungsaffinitat dar). Anschließend wird diese Sequenz wahrend der Amplifikation mutage-
nisiert Solche Mutagenisierungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt (vgl. bei¬
spielsweise Light and Lerner, Bioorg. Med. Chem 3 ( 1995), 995-967 und Pannekoek et al.,
Gene 128 (1993), 135- 140) Dabei kann die gesamte Sequenz mutagemsiert werden. Die
mutagenisierte Sequenz wird weiteren Selektionsschπtten unterworfen, wobei mehrere
Cyclen von Amplifikation mit Mutagenese und anschließende Selektion aneinandergereiht
werden können, bis eine D-Nuclemsaure mit optimalen Bindungseigenschaften gefunden
worden ist.
Ferner kann aus praktischen Gründen zunächst eine kurze D-Nucleinsäure eingefügt wer¬
den, die die optimalen Bindungseigenschaften ihrer Population aufweist. Man bestimmt
nach im Stand der Technik bekannten Verfahren die für die Bindung essentiellen Positio¬
nen und ersetzt die übrigen Nucleotidbereiche durch längere Abschnitte. Daran schließen
sich wiederum eine oder mehrere Amplifikations- und Selelektionsrunden an. Beim so
ermittelten Molekül mit den optimalen Bindungseigenschaften werden wiederum die für die Bindung nicht essentiellen Teile der Sequenz durch eine randomisierte Sequenz ersetzt.
Dieser Verfahrensabschnitt ist beispielsweise in W 91 /19813 in anderem Zusammenhang
beschrieben und wird dort als „Walking'' bezeichnet.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung werden L-Nucleinsäuren
direkt mit einem in der natürlichen Konfiguration vorkommenden Zielmolekül in Wech¬
selwirkung gebracht. Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von L-
Nuclemsauren, daß die folgenden Schritte umfaßt
(a) Erzeugung einer heterogenen Population \ on i. -Nucieinsäuren,
(b) Inkontaktbπngen der Population von Schritt (a) mit dem Zielmolekul;
(c) Abtrennen der L-Nucleinsauren. die nicht mit dem Zielmolekul in Wechselwirkung
getreten sind;
(d) Sequenzierung der L-Nucleinsauren, die mit dem Zielmolekul in Wechselwirkung
getreten sind;
(e) Synthese von L-Nucleinsäuren, die in ihrer Sequenz mit den in Schritt (d) ermittelten
Sequenzen identisch sind.
Die Erzeugung einer heterogenen Population von L-Nucleinsauren erfolgt nach dem im
Stand der Technik bekannten Verfahren (Urata et al., a.a.O ) bzw. nach dem in Beispiel 1
beschriebenen Verfahren. Nachdem die nicht wechelwirkenden L-Nucleinsäuren von den wechselwirkenden getrennt sind, werden die wechselwirkenden Nucieinsäuren vom Ziel¬
molekül getrennt. Die L-Nucleinsäuren werden dann nach dem in Beispiel 4 aufgeführten
Verfahren iterativ vereinzelt. Anstelle der in Beispiel 4 benutzten L-Proteine werden hier D- Proteine verwendet. Die optischen Antipoden der Enzyme können nach den von Milton et
al. (a.a.O.) oder den von Muir (a.a.O.) beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die
Strangtrennung kann mit der in Beispiel 4 beschriebenen Methode oder mit jedem im
Stand der Technik bekanntem Verfahren durchgeführt werden. Beispiele für derartige Ver-
fahren sind Strangtrennungsgele (Maxam und Gilbert, Proc. Natl. Acad. Sei. 78 (1977),
560-564, Maniatis. a.a.O.) oder Festphasensequenzierung (Hultman et al., Nucl. Acids Res.
17 (1989), 4937-4946, Hultman et al., BioTechniques 10 (1991), 84-93). Eine weitere
Möglichkeit, einzeisträngige DNA nach einer PCR zu erhalten, besteht darin, einen Primer
mit internem spacer (z.B. Polyethylenglykoi) einzusetzen (Williams und Bartel, Nucleic
Acids Res. 23, ( 1995) 4220-4221 ).
Die für die Sequenzierung benötigten L-Desoxynucleosidtriphosphate und L-
Didesoxynucleosidtriphosphate werden durch chemische Synthese aus den in Beispiel 1
beschriebenen L-Nucleosiden nach den im Stand der Technik für D-Nucleoside beschriebe¬
nen Verfahren gewonnen. Bei der Triphosphat-Darstellung werden zunächst die vier L-
Desoxynucleoside an der 5'-Position phosphoryiiert (Yoshikawa et al., Tetrahedron Lett.
(50), 1967, 5065-5068). Die 5'-Monophosphate werden dann in ihre 5'-Triphosphate um¬
gewandelt (Hoard und Ott, J. Am. Chem. Soc. 87 (1965), 1785-1788). Zur Darstellung der
L-Didesoxynucleodidtriphosphate werden zunächst die L-Desoxynucleoside in L-
Didesoxynucleoside umgewandelt. Die Synthese der Pyrimidin-L-didesoxynucleoside kann
in mehrstufigen Verfahren nach Horwitz et al. (J. Org. Chem. 32 (1967), 817-818) und
Joshi et al. (J. Chem. Soc. (1992), 2537-2544) erfolgen. Das Guanosin-L-
didesoxynucleosid ist nach Herdewijn et al. (J. Med. Chem. 31 (1988), 2040-2048), und
das Adenosin-L-didesoxynucleosid ist nach Chu et al. (J. Org. Chem. 54 (1989), 2217- 2225) darstellbar Die erhaltenen vier L-Didesoxynucleoside werden dann mit den oben
erwähnten Verfahren von Yoshikawa et al (Tetrahedron Lett (50), 1967. 5065-5068) und
Hoard und Ott (Hoard und Ott. J Am Chem Soc 87 ( 1965), 1785- 1788) über die Zwi¬
schenstufe der 5'-Monophosphate in ihre jeweiligen 5'-Tπphosphate überfuhrt
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, wo¬
bei zusätzlich im Anschluß an Schritt (c) folgender Schritt eingefugt wird
(ca) Amphfikation der L-Nucleinsauren, die mit dem Zielmolekul in Wechselwirkung
getreten sind
Die Vermehrung der L-Nucleinsauren wird durch D-Polvmerasen erreicht, die nach den von
Milton et al (a a O ) oder den von Muir (a a O ) beschriebenen Verfahren hergestellt wer¬
den Mit dieser Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens lassen sich insbeson¬
dere solche L-Nucleinsauren selektionieren, die in der heterologen Ausgangspopulation m
geringer Zahi vorliegen. Das Prinzip dieser bevorzugten Ausfuhrungsform ist in Fig 5 dar-
gestellt Der zusätzliche Amphfikationsschπtt vermehrt die durch Bindung an das Zielmo¬
lekul erhaltenen (hoch)affinen L-Nucleinsauren Diese können in einem erneuten Selekti-
onsschπtt weiter angereichert oder nach Amphfikation direkt sequenziert werden
Die Amphfikationen können jedoch auch in isothermalen Systemen mit entsprechenden D-
Polymerasen durchgeführt werden Derartige Svsteme wurden beispielsweise von Guatelli
et al. (a a O ), und Walker et al (a a O.) für L-Polymerasen beschrieben In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wei¬
sen die L-Nucleinsauren der Population von Schritt (a) an ihren 5 - und 3 '-Enden Pπmer-
bindungsstellen bzw Komplementarsequenzen zu Primerbindungsstellen auf, die eine
Amphfikation der in Schritt (ca) erhaltenen L-Nucleinsauren durch spiegelbildliche PCR ermöglichen
Diese Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens ist besonders geeignet, wenn die Selektion der L-Nucleinsaure auf RNA-Ebene erfolgt Darüber hinaus kann die spie¬
gelbildliche Franskπption mittels einer DNA-abhangigen D-RNA Polymerase als zusatzh-
eher Amplifikationsschπtt neben der spiegelbildlichen PCR verwendet werden. Eine
Kombination dieser beiden Amphfikationsschritte ermöglicht somit eine besonders hohe
Ausbeute an L -Nucleinsauremateπal, das mit dem Zielmolekul in Wechselwirkung getreten
In einer anderen bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird
im Anschluß an Schritt (ca) folgender Schritt eingefugt
(cb) Inkontaktbringen der amplifizierten L-Nucleinsauren mit dem Zielmolekül,
an die sich die Schritte (b) und gegebenenfalls (ca) vor der Durchfuhrung des Schrittes (d) anschließen, wobei die Schritte (cb), (b) und gegebenenfalls (ca) in dieser Reihenfolge ein
oder mehrere Male wiederholt werden können
Die Amplifikation der in den Selektionsschntten isolierten L-Nucleinsauren durch spie¬
gelbildliche PCR führt auf bequeme Weise zur Anreicherung der gewünschten L- Nucieinsäuren In der bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens,
bei dem mehrere Cvclen v on Inkontaktbrmgen der amphfizierten L-Nucleinsauren mit dem
Zielmolekul, nachfolgendes Abtrennen der nicht gebundenen Moleküle (Selektion) und
Amplifikation aufeinander folgen, werden letztendhch die Nucieinsäuren mit der höchsten
Bindungsaffinitat selektioniert Durch Variation des molaren Verhältnisses von Zielmole¬
kul und L-Nucleinsauren kann auf eine Mehrzahl v on (hoch)affιnen L-Nucleinsauren
(Verhältnis > 1 ) oder auf eine oder nur wenige Nucieinsäuren (Verhältnis < 1 ) selektioniert
werden Entsprechend erhalt man in Schritt (e) eine oder wenige hochaffine L-
Nucle sauren oder eine Mehrzahl (hoch)affiner i -Nucieinsäuren Fin entsprechendes Er-
gebnis laßt sich durch V ariation der Anzahl v on Selektionsschπtten erreichen, wobei eine
große Anzahl von Selektionsschπtten letztendhch auf eine oder wenige 1 -Nucieinsäuren
mit hohen Bindungsaffinitaten selektionieren wird
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wer-
den bei der Amphfikation Nucleotide in die neu zu sv nthetisierenden Nucleotidstrange
eingebaut, die an dieser Nucleotidsaureposition in den in Schritt (a) vorkommenden, mit
dem Zielmolekul wechselwirkenden L-Nucleinsauren nicht vorkommen
Durch diese bevorzugte Ausfuhrungsform kann ähnlich wie in der biologischen in vivo-
Evolution auf neue, in der Ausgangspopulation nicht vorkommende L-Nucleinsaurespecies
selektioniert werden Hier hegt also ein Fall von spiegelbildlicher in vtfro-Evolution vor
Mehrere Varianten dieses Verfahrens sind denkbar, die alle in den Schutzbereich der vor¬
liegenden Erfindung fallen In einer bevorzugten Ausfuhrungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, wobei die
Wechselwirkung in einer Bindung besteht
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens be¬
steht die Wechselwirkung in einer katalytischen Reaktion
Da die an der Wechselwirkung beteiligten Moleküle vor Ablauf der katalytischen Reaktion
miteinander in Wechselwirkung treten müssen, impliziert diese Ausfuhrungsform ebenfalls
eine Wechselwirkung z B der ( hoch)affinen D-Nucleinsaure mit der optische Antipode des
Zielmolekuls
Derartige atalytische Reaktionen sind beispielsweise für Ribozyme beschrieben worden
(vgl beispielsweise Robertson und Joyce, a a O ) Beispiele für neuartige atalysatore sind
weiterhin von Pan und Uhlenbeck (Biochemistrv 33 ( 1994), 9561 -9565), sowie Bartel und
Szostak (Science 261 (1993), 141 1 -1418) beschrieben worden Lorsch und Szostak (Nature
371 (1994), 31-36) konten durch in vitro-Selektion ein Ribozym mit Kinase-Aktivitat
identifizieren Breaker und Joyce (Chem. Biol 1 (1994), 223-229) haben ein neues De-
soxyribozym beschrieben, daß die Spaltung einer Phosphodiesterbindung katalysiert, wah-
rend Cuenoud und Szostak (Nature 375 (1995), 61 1 -614) ein DNA-Metalloenzym mit
DNA-Ligase-Aktivität identifizieren konnten In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren sind die
Nucieinsäuren von Schritt (a) Desoxyribonucleinsäuren.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verfahren sind
die Ribonucleinsäuren Desoxyribozyme.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren sind die
Nucieinsäuren Ribonucleinsäuren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
die Ribonucleinsäuren Ribozyme.
Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Selek¬
tion der gewünschten Moleküle nicht durch Bindung an die optische Antipode des Zielmo-
leküls, sondern auch deren katalytische Aktivität. Somit umfaßt Schritt (b) des erfindungs¬
gemäßen Verfahrens unmittelbar in Zusammenhang mit der Bindung an die optische Anti¬
pode des Zielmoleküls gegebenenfalls auch eine Spaltung eines Substrats, das üblicherwei¬
se das Zielmolekül oder ein Teil davon sein wird. Die Spaltung des Substrats kann dabei
Ausgangspunkt für die weitere Amplifikation und Selektion geeigneter Ribozyme sein.
Entsprechende Systeme sind u. a. von Robertson und Joyce (a.a.O.) beschrieben worden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Zielmolekül
eine Aminosäure, ein Peptid, ein Polypeptid, oder ein aus mehreren Polypeptiden zusam- mengesetztes Protein. Die Polypeptide oder Proteine können glykosiliert oder nicht gly-
kosiliert sein.
Erfindungsgemäß wird unter Aminosäure, Peptid. Polypeptid und Protein jedes dieser
(Makro)Moleküle verstanden, mit der die D-Nucleinsäuren oder L-Nucleinsäuren (?) wech¬
selwirken können. Beispiele derartiger (Makro)Moleküle sind Enzyme, Strukturproteine und Hormone. Die (Makro)Moleküle können demgemäß Bestandteile einer größeren
Struktur sein oder frei in biologischen Systemen in Lösung vorliegen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das
Zielmolekül eine einzelsträngige RNA, eine doppelsträngige RNA, eine einzelsträngige
DNA oder eine doppelsträngige DNA, sowie Kombinationen daraus.
Für den Fachmann ist selbstverständlich, daß diese Nucieinsäuren unter verschiedenen
Bedingungen verschiedene Konformationen einnehmen können. Das erfindungsgemäße
Verfahren umfaßt jede Konformation, die diese (Makro)Moleküle oder Kombinationen
daraus einnehmen können. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt weiterhin Kombina¬
tionen dieser Makromoleküle. Solche Kombinationen können beispielsweise aus einzel-
und doppelsträngiger RNA oder DNA oder aus Tripelhelices bestehen.
Ein Antibiotikum oder ein pharmazeutisch wirksames Substrat oder dessen Vorstufe ist das Zielmolekül einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah¬
rens. Bevorzugte pharmazeutisch wirksame Substrate sind z. B. Steroide, ACE-Hemmer, ß-
Blocker und Diuretika. Mit den erfindungsgemäßen L-Nucleinsäuren kann somit wirksam
in eine Therapie eingegriffen werden und die Halbwertszeit eines Antibiotikums oder pharmazeutisch wirksamen Substrats wirkungsvoll herabgesetzt werden.
Zielmolekül in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver¬
fahrens ist ein Zuckermolekül, beispielsweise ein verzweigter oder ein unverzweigter Poly-
zucker.
Der Begriff „Zuckermolekül", wie hier verwendet, betrifft sowohl monomere als auch zu¬
sammengesetzte komplexe Zuckerstrukturen.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Synthese
der L-Nucieinsäure in Schritt (e) auf chemischem oder enzymatischem Wege.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens un-
faßt die chemische Synthese der L-Nucleinsäuren in Schritt (e) folgende Schritte,
(ea) Synthese von L-Nucleosiden;
(eb) Synthese von geschützten L-Nucieosidphosphoramiditen; und
(ec) Festphasensynthese der L-Nucleinsäuren am Automaten. Die Erfindung betrifft ferner L-Nucleinsauren, die spezifisch an ein wie vorstehend defi¬
niertes Zielmolekul binden
Die erfindungsgemaßen L-Nucleinsauren werden vorzugsweise mit dem erfindungsgema-
ßen Verfahren hergestellt Darüber hinaus sind die erfindungsgemaßen L-Nuclemsauren
mit jeder Abwandlung des erfindungsgemaßen Verfahrens herstellbar, sofern nur der Se¬
lektionsschritt unter Verwendung der optischen Antipode des Zielmolekuls und der Syn¬
theseschritt unter Benutzung einer D-Nucleinsaure als Matrize ver endet werden
Die erfindungsgemaßen L-Nucleinsauren können vielfaltig eingesetzt werden Aufgrund
der hohen Affinität für das Zielmolekul können sie in ahnlicher Weise wie monoclonaie
Antιkorpe<* eingesetzt werden Sie können beispielsweise mit einem Marker oder einer
cytotoxischen Gruppe versehen werden Die erfindungsgemaßen L-Nucleinsauren können
zur Stimulierung oder zur Inhibierung der biologischen I u ktion eines Zielmolekuls ver-
wendet werden Weiterhin lassen sich die L-Nucleinsauren an Trager koppeln und als Af-
finitatsmateπal zur Reinigung oder Abtrennung von Zielmolekulen einsetzen Immobili¬
sierte L-Nuclemsauren können z B zur Trennung von Enantiomeren oder zur Abtrennung
enantiomerer Verunreinigungen eingesetzt werden Sie können weiterhin zur Aufreimgung
und/oder Abtrennung von zellularen Faktoren oder Zellen dienen Nach Kenntnis von
DNA-Sequenzen ist es z.B. möglich, aus den abgeleiteten Protein-Sequenzen entsprechen¬
de optische Antipoden (D-Proteine bzw. D-Peptide) im erfindungsgemaßen Verfahren ein¬
zusetzen und somit gezielt Affinitatsmateπahen herzustellen Immobilisierte L-
Nucleinsauren können weiterhin als Affinitatsmateπal zur Abtrennung zellularer Faktoren oder Zellen eingesetzt werden, wie z.B. bei der Abtrennung toxischer Komponenten durch
Dialyse
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemaße L-Nuclemsäure
eine L-Ribonucleinsaure. Diese L-Ribonucleinsaure kann in einzel- oder doppelstrangiger
Form vorliegen
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße L-
Nucieinsaure ein Ribozym
Diese Erfindung beschreibt erstmalig die Hersteilung eines hochaffinen L-
Oligoπbonucleotids bzw. L-Ohgodesoxyπbonucleotids (vgl Beispiel 1 ) Die durch das
Verfahren identifizierte L-RNA bindet spezifisch an das D-Adenosin (vgl Beispiel 2) bzw
L-Arginin (vgl Beispiel 3). In Vergleichsversuchen konnte gezeigt werden, daß die D-Form
dieser hochaffmen L-Oligoπbonucleotide die entsprechende enantiomere Form des Ade-
nosins (vgl Beispiel 2) bzw Argimns (vgl. Beispiel 3) bindet Somit ist der Nachweis er¬
bracht, daß die beiden enantiomeren Formen der hochaffinen Ohgoπbonucleotide sich in
exakt gleicher Weise zur dreidimensionalen Struktur falten Die Voraussagen von Pasteur
(a.a.O.) über die biologische Aktivität optischer Enantiomere konnte damit bestätigt wer-
den.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemaße L-
Nucleinsaure eine L-Desoxyπbonucleinsäure. Wie bereits für die erfindungsgemäßen L-Ribonucleinsäuren bemerkt, kann die L-
Desoxyribonucleinsäure in einzel- oder doppelstrangiger Form vorliegen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße L-
Nucleinsäure ein Desoxyribozym.
Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung der in Schritt (c) und/oder Schritt (ca) er¬
hältlichen D-Nucleinsäuren als Matrize zur Herstellung einer L-Nucleinsäure mit identi-
scher Nucleinsäuresequenz.
Weiterhin umfaßt die Erfindung Arzneimittel, enthaltend eine nach den vorstehend be¬
schriebenen Verfahren erhältliche L-Nucleinsäure oder eine der vorstehend beschriebenen
L-Nucleinsäuren, gegebenenfalls in Kombination mit einer kovalenten Modifikation
und/oder einem pharmazeutisch verträglichen Träger.
Die erfindungsgemäßen Arzneimittel können in vielfältiger Weise eingesetzt werden. Der
Wirkungsbereich des Arzneimittels hängt aber selbstverständlich von der Spezifität der L-
Nucleinsäure ab. Die erfindungsgemäßen Arzneimittel können beispielsweise in der Be-
handlung von Krebs, viralen und bakteriellen Infektionen, und Bluthochdruck eingesetzt
werden. Die jeweilige Applikationsform, die Dosis und die Dauer der Behandlung wird
vom behandelnden Arzt von Fall zu Fall festgesetzt, wobei die Schwere der Krankheit, das
Alter und der allgemeine Zustand des Patienten einige der Parameter sind, die vom behan- delnden Arzt berücksichtigt werden. Sofern erforderlich, wird die erfindungsgemäße L-
Nucleinsäure zusammen mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger verabreicht. Die
Wahl dieser Zusatzstoffe hängt u.a. von der Applikationsart ab. Der Fachmann weiß aber
aus dem Stand der Technik, weiche Träger er dem jeweiligen Arzneimittel zuzusetzen hat.
Schließlich betrifft die Erfindung einen Kit und ein diagnostisches Mittel, enthaltend eine
nach den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene L-Nucleinsäure oder eine vorste¬
hend beschriebene L-Nucleinsäure. Der erfindungsgemäße Kit kann für diagnostische und
analytische Zwecke verwendet werden. Da die erfindungsgemäßen L-Nucleinsäuren, wie
vorstehend beschrieben, in älmlicher Weise wie Antikörper eingesetzt werden können,
bietet sich dem Fachmann als Einsatzgebiet für den erfindungsgemaßen Kit das gesamte
Spektrum der diagnostischen Möglichkeiten von polyklonalen oder monoclonaien Anti¬
körpern. Beispielsweise kann die L-Nucleinsäure des erfindungsgemäßen Kits mit einem
Marker versehen und zum in v/ ro-Nachweis des Zielmoleküls verwendet werden.
In Verbindung mit z. B. Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Sensoren, evaneszenten Feld- Sensoren oder Gitterkopplern ist es ebenfalls möglich. L-Nucleinsäuren als Biosensoren
einzusetzen. Somit ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung die Verwendung der mit dem
erfindunggemäßen Verfahren erhältlichen L-Nucleinsäuren oder der erfindungsgemäßen L-
Nucieinsäuren als Biosensoren: Es ist ebenfalls denkbar, daß die erfindungsgemäßen L-
Nucleinsäuren als Herbizide, Zusatzstoffe für Nahrungsmittel, für analytische Verfahren,
z.B. zum Nachweis von Geruchs- und/oder Geschmacksstoffen oder für kosmetische An¬
wendungen wie Anti-Falten- und Sonnencremes benutzt werden können. Diese und andere Ausfuhrungsformen sind dem Fachmann offenbart und offensichtlich
und umfaßt durch die Beschreibung und die Beispiele der vorliegenden Erfindung. Zum
Beispiel kann weiterführende Literatur zu einer der oben angeführten Methoden, Mittel
und Verwendungen, die im Sinne der vorliegenden Erfindung angewendet werden können,
dem Stand der Technik entnommen werden, z. B. aus öffentlichen Bibliotheken unter z. B. der Benutzung von elektronischen Hilfsmitteln. Zu diesem Zweck bieten sich unter ande¬
rem öffentliche Datenbanken wie die "Medline", die über Internet zur Verfügung stehen, z.
B. unter der Adresse http://www.ncbi-nlm.nih.gov/PubMed/medline.html. Weitere Daten-
banken und Adressen sind dem Fachmann geläufig und können aus dem Internet entnom¬
men werden, z. B. unter der Adresse http://www.lycos.com. Eine Übersicht über Quellen
und Informationen zu Patenten bzw. Patentanmeldungen in der Biotechnologie ist in Berks,
TIBTECH 12 ( 1994), 352-364 gegeben.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1 : Design von hochaff en RNAs. In Schritt (a) wird zunächst eine heterogene
DNA-Matrize hergestellt. Die Synthese dieser Matrize kann chemisch erfol-
gen. Die Matrize kann jedoch beispielsweise auch aus einem Spaltprodukt
natürlich vorkommender DNA und daran über eine Ligierungsreaktion angeheftete Primer für die PCR bestehen. Im nachfolgenden Schritt (b) wird
die Matrize durch PCR amplifiziert. Die erhaltenen DNAs werden in Schritt (c) transkribiert und anschließend mit dem Zielmolekül in Kontakt gebracht.
(Hoch)affine RNAs binden an das Zielmolekul. Nach Abtrennung der nicht
gebundenen Moleküle werden die (hoch)affinen RNAs in vitro mit reverser
Transkriptase in cDNA umgeschrieben. In Schritt (f) schließlich wird der
komplementäre cDNA-Strang synthetisiert, wodurch man wieder ein dop-
pelsträngiges cDNA-Molekül erhält. Dieses Molekül kann anschließend er¬
neut amplifiziert und auf spezifische Bindung hin selektiert werden.
Fig. 2: Spiegelselektion: In Schritt (a) wird eine Population heterogener D-DNAs
oder D-RNAs bereitgestellt. Diese werden in Schritt (b) mit der optischen
Antipode des Zielmoleküls in Kontakt gebracht. D-Nucleinsäuren, die mit
der optischen Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung treten, werden
von den anderen D-Nucleinsäuren abgetrennt (Selektion). Sofern eine genü¬
gend große Anzahl von relativ einheitlicher Zusammensetzung mit der opti-
sehen Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung getreten sind, können
diese gemäß der von Blackwell et al. (a.a.O) beschriebenen Strategie se¬
quenziert werden. Mikrosequenzierverfahren sind beispielsweise von Davis
et al. (Genet. Anal. Tech. Appl. 8 (1991 ), 1-7), sowie Harding und Keller
(Trends Biotechnol. 10 (1992), 55-57) beschrieben worden. Anhand der er-
haltenen Sequenzinformation kann dann die entsprechende L-DNA oder L-
RNA synthetisiert werden (Schritt d). Diese L-DNA oder L-RNA wird dann
spezifisch mit dem Zielmolekül in Wechselwirkung treten (Schritt e). Fig. 3 Spiegelselektion bzw -Evolution. Die Verfahrensschπtte entsprechen den in
Fig. 2 dargestellten, mit der Ausnahme, daß nach dem Selektionsschritt (b)
das selektiomerte Material amphfiziert wird. Sofern beim amplifizierten
Material Fehler bei der de novo cDNA- oder RNA-Synthese auftreten, das
amplifizierte Material hinsichtlich der Sequenzinformation also heterogener
ist als die Ausgangspopulation, beinhaltet der Amplifikations- auch einen Variationsschritt Damit sind samtliche, die biologische Evolution treiben¬
den Kräfte in dem System in vitro vereint.
Fig. 4 Spiegelselektion mit L-Nukleinsauren. Spiegelselektion mit L-
Nukleinsauren In Schritt (a) wird eine Population heterogener L-DNAs
oder L-RNAs bereitgestellt. Diese werden in Schritt (b) mit dem Zielmole¬
kül in Kontakt gebracht. L-Nukleinsauren, die mit dem Zielmolekül in
Wechselwirkung treten, werden von den anderen L-Nukleinsauren abge-
trennt (Selektion). Sofern eine eine genügend große Anzahl von L-
Nucleinsäuren von relativ einheitlicher Zusammensetzung mit der optischen
Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung getreten sind, können diese
gemäß der von Blackwell et al. (a.a.O) beschriebenen Strategie sequenziert
werden, wobei entsprechende L-Proteine hier durch D-Proteine ersetzt wer-
den. Mikroseque zierverfahren sind beispielsweise von Davis et al. (a.a.O),
sowie Harding und Keller (a.a.O) beschrieben worden. Anhand der erhalte¬
nen Sequenzinformation kann dann die entsprechende L-DNA oder L-RNA synthetisiert werden (Schritt d) Diese L-DNA oder L-RNA wird dann spe¬
zifisch mit dem Zielmolekul in Wechselw irkung treten (Schritt e)
Fig 5 Spiegelselektion bzw -evolution Die Verfahrensschπtte entsprechen den in
Fig 3 dargestellten, mit der Änderung, daß eine Population heterogener L-
Nukleinsauren bereitgestellt wird und die dort verwendeten L-Proteine
durch D-Proteine ersetzt werden Die Sequenzinformationen können nach
iterativer in vUro-Vereinzelung bestimmt werden (siehe Beispiel 4)
Fig 6 Darstellung von L-Ribophosphoramidit-Svnthonen
Fig 7 Synthese von tragergebundenen i Ribonucleosiden (geschützt)
Fig. 8 Festphasensynthese von L-RNA
Fig. 9 Darstellung von L-Desoxyπbophosphoramidit-Synthonen
Fig. 10* Synthese von tragergebundenen L-Desoxyπbonucleosiden (geschützt).
Fig. 1 1. Festphasensynthese von L-DNA
Fiσ. 12. Vergleich der L-Adenosin-bindenden Sequenzen mit Konsensusmotiv Die
umrahmten Nucleotide zeigen Bereiche mit konservierter Sequenz W steht für A oder T und H steht für A. C oder T. Das Motiv der Box II konnte erst
durch den Vergleich gemeinsamer Sekundärstrukturen zugeordnet werden.
Nucleotide der Region mit ursprünglicher Zufallssequenz werden duch gro¬
ße Buchstaben repräsentiert, während Nucleotide der Primer-Regionen
durch kleine Buchstaben markiert sind. Unterstrichene Positionen nehmen
im Sekundärstruktur-Modell an Basenpaarungen teil. Um die Sequenzen von D-A12 und D-A83 in das Konsensusdiagramm einzufügen, wurden die
5'-Termini in die Mitte des Schemas gelegt.
Fig. 13: Sekundärstrukturmodell von D-A42d. Konservierte Nucleotide sind um¬
kreist.
Fig. 14: Bindung von D-A42d an L-Adenosin ( ) und L-A42d an D-Adenosin (O).
Fig. 15: Enzymatischer Verdau von D-A42d. In den Spuren a-h wurden 5'-markierte
Oligoribonucleotide, in den Spuren i-p wurden 3'-markierte Oligoribo-
nucleotide untersucht. Spur a, g, i und o: Alkalileiter; Spur b und n: RNase
T] (denaturierende Bedingungen); Spur c und m: RNase T,; Spur d und 1:
RNase V, ; Spur e und k: RNase T2; Spur f und j: Nuclease S, ; Spur h und p:
ungespalten.
Fig. 16: CD-Spektren von D-A42d und L-A42d. Fig. 17: Kompetitive Bindungskurven von L-A42d. Gezeigt sind die Kompetitionen
mit D-Adenosin (O), D-Guanosin (•), D-Uridin (D), D-Cytidin (■), und
L-Adenosin (Δ). Jedes Experiment wurde zweifach durchgeführt.
Fig. 18: Kompetitive Bindungskonstanten von L-A42d. Gezeigt sind die Dissoziati¬
onskonstanten (Kdc) von Nucleosidanaloga und relative Bindungsaffinitäten
(Kdc KdD-A) von Kompetitor zur D-Adenosin Kompetition (KdD-A).
Fig. 19: Stabilität der Oligonucleotid-Liganden in Humanserum (A) D-
Oligoribonucleotid D-A42d und (B) L-Oligoribonucleotid L-A42d. Aliquots
wurden zu den indizierten Zeiten entnommen. L markiert den Größenstan¬
dard (10 bp Leiter). Die Ergebnisse wurden in einem unabhängigen Experi¬
ment reproduziert.
Fig. 20: Vergleich der D-Arginin-bindenden Sequenzen mit Konsensusmotiv. Die
Analyse lieferte zwei Klassen von RNA-Molekülen (bezeichnet als D-RA
und D-RB), die jeweils zwei konservierte Sequenzmotive (bezeichnet als seq
1 und seq 2) enthielten. Nucleotide der Region mit ursprünglicher Zufallsse¬
quenz werden duch große Buchstaben repräsentiert, während Nucleotide der
Primer-Regionen durch kleine Buchstaben markiert sind. Unterstrichene
Positionen nehmen im Sekundärstruktur-Modell an Basenpaarungen teil.
Fig. 21 : Sekundärstrukturmodell der Konsensusmotive von D-RA und D-RB. Fig. 22: Enzymatischer Verdau von D-R16c. Die Figur zeigt ein Autoradiogramm
von enzymatischen Verdauungsprodukten, die auf einem denaturierenden
Polyacrylamidgel analysiert wurden. Die Nucleotide in den konservierten
Motiven sind durch Klammern markiert. In den Spuren a-i wurden 5'-
markierte Oligoribonucleotide, in den Spuren k-s wurden 3 '-markierte Oli-
goribonucleotide untersucht. Spur a, h, k und r: Alkalileiter; Spur d-g und n-
q: native Bedingungen. Spur d und n: RNase T, . Spur e und o: RNase T2.
Spur f and p: RNase S). Spur g and q: RNase V, . Spur b. c, 1. and m: dena-
turierende Bedingungen. Spur b and 1: B. cereus. Spur c and m: RNase T,.
Fig. 23: Sekundärstrukturmodell von D-R16c. Die Pfeile markieren die Schnittstel¬
len von RNase T, ( ♦), RNase T2 (■), RNAse S, ( ), and RNase V, (•).
Gefüllte Symbole indizieren starke Spaltung, ungefüllte Symbole zeigen
schwache Spaltung an.
Fig. 24: Bindung von D-R16c an D-Arginin (■) und L-Arginin (□).
Fig. 25: CD-Spektren von D-R16c und L-R16c.
Fig. 26: Bindung von L-R16c an L-Arginin (•) und D-Arginin (O). Fig 27 Kompetitive Bindingsanalyse von L-R 16c mit L-Arginin ( ) und Tat-Peptid
(Δ)
Fig. 28 Iterative in vitro-Vereinzelung und Sequezierung Zunächst wird die Popu-
lation heterogener RNA-Molekule durch Reverse Transkriptase in cDNA-
Molekule übersetzt Nach Komplementarstrangsynthese werden die DNA-
Molekule durch PCR amphfiziert Durch Verdünnung bzw Aliquotierung
kann die Heterogenitat der Population verringert werden Nach anschließen¬
der PCR-V ermehrung kann das Verfahren zvkhsch durchlaufen werden, bis
die DNA-Molekule vereinzelt sind Die Sequenz laßt sich dann durch Dide-
soxysequenzierung ermitteln
Fig. 29 Nach iterativer in vitro-Vereinzelung besummte Sequenzen
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel
Synthese von L-Oligorihonucleotiden
L-Adenosin wurde augehend von L-Arabinose nach Holy und Sorm (Collect. Czech.
Chem. Commun. 34 (1969) 3383-3401) über Benzyl-ß-L-arabinopyranosid und Umwandlung in 2-(9-Tosyl-5-(9-trityl-L-arabinose präpariert. Zur Synthese von L-Uridin wurde
zunächst aus L-Arabinose das 2,2'-0-Anhydro-L-uridιne nach Holy (Collect. Czech.
Chem. Commun. 37 (1972), 4072-4087) dargestellt. Nach Holy (Collect. Czech. Chem.
Commun. 38 (1973), 423-427) wurde dann zum 3 ' ,5'-Di-0-benzoyl-Derivat benzoyliert
und nach Reaktion mit Bortrifluorid-etherat das benzoyliertc L-Uridin alkalisch ent¬
blockt. L-Cytidin und L-Guanosin wurden, wie von Vorbrüggen et al. (Chem. Ber. 114
(1981), 1234-1255) für D-Nucleoside beschrieben, aus den silylierten Heterozyklen and
der peracylierten Pentose gewonnen, wobei analog zu Zou und Robins (Can. J. Chem.
65 (1987), 1436-1437) das 2-N-acetyl-6-0-diphenylcarbamoylguanin für die Synthese
von L-Guanosin eingesetzt wurde. Zur Darstellung der peracylierten Pentose wurde zu¬
nächst nach Abe et al. (Chem. Pharm. Bull. 28 (1980), 1324-1326) die L-Ribose durch
Ephnerisierung aus der L-Arabinose gewonnen und dann in einer dreistufigen Synthese,
wie von Recondo und Rinderknecht (Helv. Chim. Acta 42 (1959), 1171-1173) für das D-
Isomere beschrieben, zum l-0-Acetyl-2,3,5-tri-0-benzoyl-ß-L-ribofuranosid derivati-
siert. Zur Präparation der Phosphoramidite für die Festphasensynthese (Fig. 6) wurden, wie
für D-Nucleoside beschrieben, die exozyklischen Aminogruppen der Nucleoside durch
Benzoylierung von Adenosin und Cytidin nach Ti et al. (J. Am. Chem. Soc. 104 (1982),
1316-1319) und Isobutyrylierung nach Flockerzi et al. (Liebigs Ann. Chem (1981),
1568-1585) geschützt. Die Basen-geschützten Nucleoside und Uridin wurden in Analogie
zu Usman et al. (J. Am. Chem. Soc. 109 (1987), 7845-7854) in ihre 5'-0-
Dimethoxytrityl-2'--9-triisopropylsilyl Derivativen überführt. Die Derivate wurden dann
in Analogie zu Milecki et al. (Nucleosides Nucleotides 8 (1989), 463-474) zu ihren je¬
weiligen 3'-0-(ß-Cyanoethyl-N,N-diιsopropyl) phosphoramiditen umgesetzt. Trägerge-
bundene geschützte Nucleoside wurden, wie von Usman et al. (J. Am. Chem. Soc. 109 (1987), 7845-7854) für die D-Isomere beschrieben, hergestellt (Fig. 7).
Für die chemische Festphasensynthese der L-Oligoπbonucleotide wurden Geräte der
Firma Applied Biosystems eingesetzt (Modell 391 PCR-MATE™ EP und Modell 394).
Die Synthesen wurden im 0,2 μmol Maßstab mit dem DNA-Standardzyklus durchgeführt
(Fig. 8), wobei der Kopplungsschritt auf 15 Minuten ausgedehnt wurde.
Nach der Synthese wurde das trägergebundene, geschützte L-Oligoribonucleotid für 24
Stunden in 1 ml eines 3: 1-Gemisches aus 32%igem Ammoniak und Ethanol (v/v) bei 55
°C inkubiert, um das Oligonucleotid vom Träger zu trennen und die Schutzgruppen ab¬
zuspalten. Die Lösung wurde abgenommen und das Trägermaterial mit 400 μl eines 1: 1-
Gemisches aus Ethanol und Wasser (v/v) nachgewaschen. Den vereinigten Überständen
wurde ein 5 μl Aliquot entnommen und die UV-Absorption bei 260 nm bestimmt. Anschließend wurde die Probe bis zur Trockne eingeengt. Zum Abspalten der 2'-HydroxyI-
Schutzgruppe wurde das Oligoribonucleotid in (10 x A260) μl Tetrabutylammoniumflu- oπd (1.1 M in Tetrahydrofuran) und (1 x A260) μl Ethanol-Wasser (1 : 1 , v/v) gelöst und
für 72 h bei RT ln ubiert.
Das überschussiges Tetrabutylammoniumfluorid wurde mit einer tip 500-Saule
(QIAGEN) entfernt. Dazu wurde die Probe mit 0.1 M Triethylammoniumacetat
(TEAAc), pH 7.0, auf ein Gesamtvolumen von 10 ml verdünnt und auf die mit 0.1 M
TEAAc, pH 7 0, äquilibπerte Säule gegeben. Die Saute wurde zweimal mit je 30 ml 0.1
M TEAAc, pH 7.0, gewaschen und die Probe dann mit 10 ml 2 M TEAAc, pH 7.0,
eluiert. Das Eluat wurde zur Trockne eingeengt und über denaturierende Polyacrylamid-
gelelektrophorese gereinigt. Die Produktbande wurde durch UV-Shadowing detektiert
und ausgeschnitten. Das L-Ohgoπbonucleotid wurde aus dem Gelstuck für 12 Stunden
mit H2O elαiert und das Eluat über eine NAP™10 Säule (Pharmacia) entsalzt.
Synthese von i.-Oligodesoxyπbonucleotiden
L-2'-Desoxyadenosin und L-2'-Desoxyguanosιn wurden ausgehend von L-Adenosin bzw
L-Guanosin durch Reduktion, wie von Robins et al. (J. Am. Chem. Soc. 105 (1983),
4059-4065) für D-Nucleoside beschrieben wurde, dargestellt. L-2'-Desoxythymidin und
L-2'-Desoxycytidin wurden nach Holy (Collect Czech. Chem. Commun. 37 (1972),
4072-4087) in mehreren Stufen präpariert: Das Zwischenprodukt 3' ,5'-Dι-O-Benzoyl-
2,2'-O-anhydro-L-uridin aus der L-Uridin-Synthese wurde in das 2'-Chloro-2'-desoxy-
Derivat überführt, das nach Reduktion und Deblockierung L-2'-Desoxyuridin lieferte.
Die Umsetzung mit Formaldehyd in Kalilauge und anschließende katalytische Reduktion
lieferte L-2'-Desoxythymidin. L-2'-Desoxycytidin wurde aus 3' ,5'-Di-O-Benzoyl-2'- desoxyuridin nach Überführung in das 4-Thio-Deπvat durch Umsetzung mit methano -
schem Ammoniak unter Druck erhalten
Die Präparation der Phosphoramidite wurde, wie für D-Desoxynucleoside beschrieben,
ausgeführt (Fig. 9). Exocyclischen Aminogruppen wurden nach Ti et al., a.a.O. beim L-
2'-Desoxyadenosin und L-2 '-Desoxycytidin benzoyhert und beim 2'-Desoxyguanosιn
isobutyryliert. Die 5 '-Hydroxylgruppe der L-2 '-Desoxynucleoside wurde nach Schaller et
al. (J. Am. Chem. Soc. 85 (1963), 3821-3827) mit 4,4'-Dιmethoxytritylchlorid zu den
entsprechenden Tritylethern umgesetzt. Die L-2'-Desoxynucleosιd-Phosphoramιdιte wur¬
de nach Milecki et al , a.a.O. durch Umsetzung der geschutzen L-2 '-Desoxynucleoside
mit ß-Cyanoethyl-N,N,N',N'-Tetraιsopropylphosphordιamιdιt präpariert. Tragergebundene, geschützte L-2 '-Desoxynucleoside wurden analog zu den D-Isomeren nach Atkin-
son und Smith (in Gait (Ed.), Oligonucleotide Synthesis, 1984, IRL Press, Oxford, p.
35-81) dargestellt (Fig. 10).
Die Festphasensynthese der L-Oligodesoxyπbonucleotide wurde an Geraten der Firma
Applied Biosystems (Modell 391 PCR-MATE™ EP und Modell 394) im 0,2 μ ol DNA-
Standardzyklus durchgeführt (Fig. 11).
Nach der Synthese wurde das tragergebundene, geschützte L-Oligodesoxyπbonucleotid
für 24 Stunden in 1 ml 32%igem Ammoniak bei 55 °C inkubiert, um das Oligonucleotid vom Träger zu trennen und die Phosphat- bzw. Basenschutzgruppen abzuspalten. Die
Lösung wurde abgenommen und zur Trockne eingeengt. Das aufgenommene L-
Oligodesoxyribonucleotid wurde über denaturierende Polyacrylamidgelelek rophorese
gereinigt. Die Produktbande wurde durch UV-Shadowing detektiert und ausgeschnitten. Das L-Oligodesoxyribonucleotid wurde aus dem Gelstück für 12 Stunden mit H2O eluieπ
und das Eluat über eine NAP™10 Säule (Pharmacia) entsalzt.
Beispiel 2
Verfahren zur Identifikation von D-Adenosin-spezifischen L-Oligoribonucleotiden
Kopplung von L-Adenosin
Zur Selektion der affinen Oligonucieotid-Liganden durch Affinitätschromatographie
wurde L-Adenosin an Sepharose immobilisiert. Das L-Nucleosid wurde, wie in Beispiel 1
beschrieben, synthetisiert und in Analogie zu Jones und Robins (J. Am. Chem. Soc. 85
(1963), 193-201) mit Jodessigsäure zum 1-Carboxymethyl-L-adenosin alkyliert. Nach
alkalischer Umlagerung in 0,25 M NaOH für 2 Stunden bei 95 ° C wurde das
entstehende N6-Carboxymethyl-L-adenosin nach Lindberg und Mosbach (Eur. J.
Biochem. 53 (1975), 481-486) mit 1,6-Diaminohexan in der Gegenwart von N-(3- Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimid zum N6-[(6-Aminohexyl)-carbamoylmethyl]-
L-adenosin kondensiert. Das L-Adenosin-Derivat wurde zu einer Endkonzentration von
3,5 mM an CNBr-aktivierte Sepharose 4B (Pharmacia) gekoppelt.
Identifizierung eines Adenosin-Bindungsmotivs
Eine kombinatorische D-RNA Bibliothek mit etwa 1015 Zufallssequenzen wurde durch in
v rro-Transkription mit T7 -RNA-Polymerase aus einem Gemisch von DNA Molekülen gewonnen, die eine 60-Nucleotide lange Region mit Zufallssequenzen enthielten.
Begrenzt wurde die Region durch 20 Nucleotide lange DNA-Bereiche mit vorgegebener
Sequenz:
(5,-CCA,AGC"rTG'CAT,GCC,TGC,AGN6o,GGT,ACC,GAG,CTC,GAA,TTC,CC-3'). Um die Anreicherung Säulenmaterial-affmer Liganden zu vermeiden, wurde die RNA in
allen Selektionsrunden zunächst über Vorsäulen mit unbeladenem Säulenmaterial
gegeben. In der ersten Selektionsrunde betrug das Säulenbettvolumen der Vorsäule 150
μl, das der Hauptsäule 400 μl. Etwa 4 nmol Pool-RNA (1.3 x 1015 verschiedene
Moleküle) wurden in Bindungspuffer (250 mM NaCl, 40 mM Tris/HCl pH 7.6, 5 mM
MgCl2 und 0.5 mM EDTA) auf die Säulen aufgetragen. Von der Affinitätssäule konnten im ersten Selektionszyklus 0.06-0.07 % der eingesetzten RNA mit 15 mM L-Adenosin in
Bindungspuffer spezifisch eluiert werden. Für alle weiteren Selektionsrunden wurden
etwa 1 nmol RNA aufgetragen und 100 μl-Vorsäulen bzw. 250 μl-Hauptsäulen
verwendet. Im sechsten Selektionszyklus konnten 38 % der gebundenen RNA-Moleküle
spezifisch mit L-Adenosin eluiert werden. Dieser Zyklus wurde wiederholt, um die
Stereospezifität der Liganden zu erhöhen. Vor der Elution mit L-Adenosin wurde das
Affinitätsmaterial mit D-Adenosin gewaschen, wobei der Anteil der mit L-Adenosin
eluierten RNAs auf 18% reduziert wurde. Nach weiteren vier Selektionszyklen war die Fraktion spezifisch gebundener RNA-Liganden wieder auf 40% angestiegen. Die PCR-
Produkte dieser Runde wurden mit den Restriktionsendonucleasen EcoRl and Pstl
verdaut, in das Vektorplasmid pT7/T3 (Gibco BRL) kloniert und nach der Methode von
Sanger sequenziert. Die Sequenzanalyse der selektierten RNA-Moleküle ergab ein
Konsensusmotiv, das in 20% der sequenzierten Klone gefunden wurde (Fig. 12). Für die Sequenzen mit Konsensusmotiv konnte ein gemeinsames Sekundärstrukturmodell
vorgeschlagen werden (Fig. 13).
Charakterisierung der L-Adenosin-spezifischen RNA-Moleküle
Die individuellen Dissoziationskonstanten (Kd) wurden durch Gleichgewichtsdialyse in
Micro-Dialysekammern bestimmt. Die beiden Kompartimente wurden durch eine
Spectra/Por (Spectrum) Celluloseester-Dialysemembran (Molekulargewichts-
Ausschlußgrenze von 2000) getrennt. Die RNA-Konzentrationen wurden im
Spektralphotometer bei 260 nm bestimmt. Die individuellen Extinktionskoeffizienten der
RNA-Moleküle wurden nach A.J. Zaug et al. (Biochemistry 27 (1988), 8924-8931) durch
vollständige alkalische Hydrolyse ermittelt. Zur Messung der Dissoziationskonstante wurde
die RNA in Bindungspuffer bei 90 °C für 10 Minuten denaturiert, innerhalb von 10
Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt, und dann mit Konzentrationen von 0.1 bis 50
μM gegen eine Lösung von 10 nM D-[2,8-JH]Adenosin (Moravek Biochemicals, Inc.)
bzw. L-[2,8(n)-3H]Adenosin (tritiiert von Amersham) in Bindungspuffer äquilibriert.
Jedes Kompartiment wurde mit 40 μl Lösung gefüllt. Nach Inkubation für 24 h bei 18
°C wurden 35 μl Aliquote entnommen und die Radioaktivität der Proben im
Szintillationszähler vermessen. Die Differenz der Radioaktivität in den beiden
Kompartimenten relativ zur Radioaktivität in dem RNA-enthaltenden Kompartiment
wurde als prozentuale Adenosin-Bindung an RNA genommen. Die Daten wurden durch
nicht-lineare Regressionsanalyse nach Connors (Binding constants, 1987, John Wiley &
Sons, New York) an eine Standard-Bindungsgleichung für 1 : 1 Stöchiometrie angepaßt. Die T7-Transkrιpte der Klone mit dem Konsensusmotiv zeigten Dissoziationskonstanten
zwischen 1 1 and 10 μM für die Bindung von L-Adenosin Von dem besten Liganden
D-A42 {K_ von 1 1 ± 0 1 μM) wurde verk rzte Versionen untersucht Das 58-mer
D-A42d (Fig 13) zeigte eine Dissoziationskonstante von 1 7 ± 0 1 μM (Fig 14) Neben
Verkürzungen am 5'- und 3 '-Enden fehlen D-A42d zwei G Nucleotide zwischen Position
31/32 und 41/42 Zusatzlich wurde in Position 54 A durch C ausgetauscht
Das Sekundarstrukturmodell von D-A42d steht in Übereinstimmung mit den durch
Nuclease-Verdau gewonnenen Daten (Fig 15) Für den nativen Verdau wurden die 5'-
und 3'-gelabelten Oligoπbonucleotide bei 90 °C denaturiert und in Bindungspuffer hy-
bndisiert Für jede Spaltungsreaktion wurden 100,000 cpm (=- 30 ftnol) markiertes Ohgo-
πbonucleotid eingesetzt. Die Spaltungen wurden, wie von G Knapp (Methods Enzymol 180 (1989), 192-212) beschrieben, durchgeführt Die Spaltungsprodukte wurden auf denatu¬
rierenden 25% Polyacrylamidgelen getrennt. Das einzige G in der vorhergesagten einzel-
strangigen Region bei Position 37 wurde durch RNase Tl deutlich gespalten Die Spal-
tungen von RNase T2 bei Positionen G47 und A48 und der Einzelstrang-spezifischen
Nuclease S, bei Positionen G10, Cl 1 , A12, A13 und A27 bestätigen die konservierten
internen Loops zwischen G10 / G16 und G47 / G51, sowie die Loop-Region zwischen
U34 / A40. Die Spaltungen mit der Doppelstrang-spezifischen RNase V, bei Positionen U2-A7, G10, C30-U32, U45 und U52-G56 stehen m Übereinstimmung mit dem Sekun- darstruktuimodell. Die Reaktivität von Einzelstrang- und Doppelstrang-spezifischen
Nucleasen in der vorhergesagten Hairpm-Region zwischen Positionen G16 / C26 war
gering, so daß hier vermutlich eine kompakte Tertiarstruktur vorliegt Reziproke Bindungsspezifitäten
Nach der Identifizierung von D-A42d wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, ein L-
Ohgoribonucleotid mit identischer Nucleotidsequenz (Fig. 13) durch chemische Festpha¬
sensynthese präpariert. Die stereochemische Reinheit des L-Oligoribonucleotids wurde
durch Circular-Dichroismus-Spektrometrie evaluiert. CD Spektren wurden von 1 A26o
Oligonucleotid in 0.1 M NaCl und 10 mM Natriumphosphat, pH 7.0 bei 4°C mit einem
JASCO J-600 Spectropolarimeter aufgenommen. Die Spektren von D-A42d und L-A42d
zeigen gleichgroße und entgegengesetzte optische Rotationen (Fig. 16). Verglichen mit
der Bindung von D-A42d an L-Adenosin, zeigte der spiegelbildliche Ligand L-A42d
identische Affinität für D-Adenosin (Kd von 1.8 ± 0.1 μM) (Fig. 14). Der Nachweis der
chiralen Bindungsspezifitäten konnte durch Kompetition bestätigt werden. Die Affinitä¬
ten von D-A42d für D-Adenosin and L-A42d für L-Adenosin liegen bei > 20 mM (Fig. 17
und 18). Die homochiralen Wechselwirkungen sind damit mehr als 9 000-fach schwächer
als die heterochiralen Affinitäten. Diese reziproken chiralen Eigenschaften der Liganden
zeigen, daß für Nucieinsäuren keine Verletzung der Parität vorliegt und daß die Bin¬
dungsaktivitäten ausschließlich von der Nucleotidsequenz bestimmt werden.
Molekulare Komponenten der Wechselwirkung mit L-A42d
Die Wechselwirkung von L-Oligoribonucleotid und D-Adenosin wurde durch Kompetiti¬
on mit Nucleosidanaloga charakterisiert (Fig. 17 and 18). Die Kompetitionsexperimente
wurden, wie oben beschrieben, durch Gleichgewichtsdialyse in Micro-Dialysekammern bestimmt, wobei 3 μM RNA mit 240 nM Adenosin und steigenden Konzentrationen an
Kompetitor aquilibπert wurden. Wie oben beschrieben wurde der Prozentanteil gebun¬
denen Adenosins bestimmt und in der Abwesenheit von Kompetitor auf 1 normalisiert.
Die Daten wurden nach Lin und Riggs (J. Mol. Biol. 72 (1972), 671-690) einer Standard-
Kompetitionsgleichung mit 1.1 Stöchiometrie von Kompetitor zu RNA angepaßt, wobei
eine Dissoziationskonstante von 1.8 μM für die L-A42d-Bindung an D-Adenosin verwen¬
det wurde. Die N-glykosidische Bindung des Nucleosids hat bei der Wechselwirkung
eine wichtige Funktion, da D-Guanosin einen Kr von 4.8 μM aufweist, wahrend die
Kompetitor-Dissoziationskonstanten von D-Uπdin and D-Cytidin im rmllimolaren Bereich
liegen. In der Abwesenheit der 2 '-Hydroxylgruppe erhöht sich der Kdc auf 1 .4 mM für 2'-Desoxy-D-adenosιn und auf 12.9 mM für 2'-O-Methyl-D-adenosιn, wahrend die Kom-
petition mit 3'-Deoxy-D-Adenosιn und 3'-O-Methyl-D-adenosin zu einem ähnlichen oder
besseren K_c führt, als für D-Adenosin erhalten wurde. Neben der N-glycosidischen Bindung scheint daher auch die 2 '-Hydroxylgruppe für die molekulare Wechselwirkung
wichtig zu sein.
Serumstabilität der Adenosin-spezifischen Liganden
Die D- und L-Oligoribonucleotide wurden bei einer Konzentration von 10 μM in 90 %
Humanserum (Sigma, H-1388), das mit 10 mM Natriumphosphat, pH 7.0 gepuffert
wurde, inkubiert. Um konstante Volumen- und pH-Bedingungen bei Langzeitversuchen
zu erhalten, wurden die Experimente bei Langzeitversuchen in einem Inkubator bei 37°
C, 94.5 % Feuchtigkeit und 5 % CO2 durchgeführt. Entnommene Aliquote wurden mit
gleichen Volumina einer Stoplösung (8 M Harnstoff, 50 mM EDTA und 2% SDS) versetzt und in flüssigem Stickstoff eingefroren. Die Proben (55 pmol RNA) wurden auf
einem denamrierenden 12% Polyacrylamidgel getrennt. Die Gele wurden mit
Ethidiumbromid-Lösung (1 μg/ml) gefärbt und die Banden bei 254 nm sichbar gemacht.
Digitalisierte Gelaufnahmen von einem Video-Densitometer wurden mit einem
Computerprogramm ausgewertet. Während das D-Oligoribonucleotid D-A42d innerhalb
weniger Sekunden in Humanserum abgebaut wird, läßt sich für das L-Oligoribonucleotid
L-A42d unter identischen Bedingungen auch nach 60 Stunden kein Abbau nachweisen
(Fig. 19).
Beispiel 3
Verfahren zur Identifikation von L-Arpinin-spezifischen i.-Oligorihonucleotiden
Kopplung von D-Arginin
Das Affinitätsmaterial wurde durch Kopplung von D-Arginin an Epoxy-akti vierte Agarose
präpariert. Hierfür wurden 5 g Epoxy-aktivierte Agarose 6B (Pharmacia) mit Wasser und
Kopplungspuffer (0.1 M Natriumcarbonat-Puffer, pH 9.5) gewaschen. Die Agarose wurde
in 10 mM D-Arginin (Sig a) in Kopplungspuffer and Spurenmengen von L-[4,5-
*1H]Arginin resuspendiert. Nach Inkubation für 24 Stunden bei Raumtemperatur unter
leichtem Schütteln wurde das Material mit Kopplungspuffer und Wasser gewaschen. Die
Agarose wurde dann in 1 M Ethanolamin, pH 10.0, für 4 Stunden bei 32°C inkubiert, um
verbliebene aktive Gruppen zu blockieren. Die Kapazität des Gels wurde durch Szintillationszählung bestimmt. Mit Ausnahme des Kopplungsschritts wurde das
Vorsäulenmaterial identisch präpariert.
Identifizierung eines D-Arginin-Bindungsmotivs
Eine kombinatorische D-RNA Bibliothek mit 1014 Zufallssequenzen wurde durch in vitro-
Transkription mit T7-RNA-Polymerase aus einem Gemisch von DNA Molekülen ge¬
wonnen, die eine 50-Nucleotide lange Region mit Zufallssequenzen enthielten. Begrenzt
wurde die Region durch 20 Nucleotide lange DNA-Bereiche mit vorgegebener Sequenz
(vgl. Beispiel 2). Elf Selektionszyklen wurden, wie in Beispiel 2 beschrieben durchge¬
führt, wobei das Affinitätsmaterial mit 1 mM D-Arginin beladen war und für die Chroma¬
tographie eine Lösung von 320 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, und 5 mM MgC als
Selektionspuffer eingesetzt wurde. RNA-Varianten mit Affinität zum Säulenmaterial wur-
den in allen Zyklen durch Bindung an das Agarose-Vorsäuiematerial entfernt. D-Arginin-
spezifische RNA-Moleküle wurden mit 4 Säulenvolumina einer 15 mM D-Arginin-Lösung
in Selektionspuffer eluiert. Um die Stereoselektivität der Liganden zu erhöhen, wurde die
Affinitätssäule nach dem fünften Zyklus zunächst mit L-Arginin gewaschen und dann erst
die noch gebundenen RNA-Moleküle mit D-Arginin eluiert. Nach elf Selektionszyklen
wurden die RNA-Moleküle revers transkribiert, kloniert und sequenziert.
Bei der Sequenzierung von 55 Klonen konnten 41 verschiedene Sequenzen gefunden wer¬
den. Der Sequenzvergleich (Fig. 20) ergab zwei hochkonservierte Sequenzelemente, die in
fast 60% der Sequenzen vorhanden war: Ein 9 Nucleotide langes Motiv (seq 1 ) und ein 8 Nucleotide langes Motiv (seq 2). In 1 1 Sequenzen lag seq l naher am 5'-Termιnus als seq2,
wahrend in 13 Sequenzen die Konsensusmotive in umgekehrter Reihenfolge vorlagen. Die
Sequenzen mit den Konsensusmotiven konnten mit dem Algorithmus von Zuker (a.a.O) in
ein gemeinsames Sekundarstrukturmodell gefaltet werden (Fig. 21 ) Ausgehend von die-
sem Modell wurden von D-R16 verkürzte Varianten durch chemische RNA-Synthese prä¬
pariert. Die Variante D-R16c, ein 38 Nucleotide langes RNA-Molekül (Fig. 23), enthält die
wichtigen Strukturelemente für die spezifische Bindung von D-Arginin (siehe unten)
Charakterisierung der L-Arginin-spezifischen RNA-Molekule
Die Strukturanalyse von D-R16c durch enzymatischen Verdau mit den Nucleasen Tl, T2,
S I , and V I (Fig. 22) steht in Übereinstimmung mit dem Sekundarstrukturmodell (Fig. 23)
Die Phosphodiesterbindungen im Hairpin-Loop und den internen Loops konnten durch
Einzelstrang-spezifische Nukleasen gespalten werden Wahrend die Nucleotide im internen
AUA-Loop und im GAN-Bu ge hochgradig konserviert sind, konnten für die Nucleotide in
der Hairpin-Struktur, die die Sequenzelemente seq l und seq2 miteinander verbindet, keine
konservierten Positionen gefunden werden. Die Hairpin-Region scheint daher mcht direkt
an der Bindung von Arginin beteiligt zu sein
Reziproke Bindungsspezifitäten
Das L-Enantiomere von D-R16c (als L-R16c bezeichnet) wurde durch chemische Festpha¬
sensynthese erhalten (vgl. Beispiel 1). Bei der Charakterisierung von D-R16c und L-R16c
durch Circular-Dichroismus-Spektrometrie wurden erwartungsgemäß spiegelbildliche
Spektren erhalten (Fig. 25, vgl. Beispiel 2). Die Affinitat der Oligonucieotid-Liganden für D- bzw. L-Arginin wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, durch Gleichgewichtsdialvse m
Micro-Dialysekammern ermittelt Steigende Mengen an L-[4,5- H]Argιnm (ICN) oder D-
[2,3-JH]Argιmn (DuPont, NEN, Kundensynthese) w irden in Bindungspuffer (50 mM
NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7 5. 5 mM MgCl2) mit 10 μM der D- oder L-RNA äquilibiert
D-R16c zeigte eine Dissoziationskonstante (Kd) von 135 ± 25 μM für die Wechselwirkung
mit D-Arginin (Fig. 24) L-R16c konnte L-Arginin mit einem nicht unterscheidbaren Kd von
129 ± 18 μM binden (Fig. 26). Die Bindung von D-R16c an D-Arginin war stereoselectiv
mit einer 1.7-fachen Präferenz von D- Arginin über L-Arginin (Fig. 24) L-R16c zeigte eine
1 8-fache Stereoselectivitat für L-Arginin (Fig. 26) Diese Ergebnisse verdeutlichen die
reziprok-identischen Bindungseigenschaften der Oiigonucleotid-Enantiomere.
Molekulare Komponenten der Wechselwirkung mit L-R16c
Um die spezifischen Komponenten zu charakterisieren, die an der Bindung beteiligt sind,
wurden kompetitive Bindungsexpeπmente durchgeführt (vgl Beispiel 2). Steigende Men-
gen an Kompetitor wurden zu 10 μM L- 4,5-Η] Arginin gegeben und gegen 10 μM L-R16c
äquiiibriert. Der Anteil an gebundenem L-Arginin wurde aus dem Verhältnis von gebunde¬
nem Arginin mit Kompetitor zu gebundenem Arginin ohne Kompetitor bestimmt. Die Da¬
ten wurden nach Lin und Riggs (a.a.O.) an eine Standardbindungsgleichung angepaßt, wo¬
bei ein Kd von 130 μM für die Binding von L-R16c an L-Argmin verwendet wurde. Mit L-
Arginin als Kompetitor wurde für L-R16c eine kompetitive Dissoziationskonstante (Kdc)
von 60 ± 10 μM ermittelt. Die Bindungsaffinitat von L-R16c für L-Lysin (Kdc =
270 ± 50 μM) war etwa 40-fach größer als für D-Lysin (Kdc > 10 mM). Das Ergebnis deu¬
tet darauf hin, daß die α-Carboxyl-Gruppe an der Bindung beteiligt ist. Agmatin, ein Ar- ginm-Analogon, dem die α-Carboxyl-Gruppe fehlt, zeigte eine kompetitive Dissoziations¬
konstante von 270 ± 70 μM Dieses Resultat legt nahe, daß die L-RNA auch mit der Gua-
nidimum-Seitenkette in Wechselwirkung tπtt Die simultane Bindung der Seitenkette und
der -Carboxylgruppe führt zur L-Praferenz der Bindungsregion Die relativ starke Bm-
düng an die Seitenkette erklart die niedrige Stereoselektivitat von L-R16c für L- Arginin
Bindung von L-R16c an ein HIV-Tat-Peptid
Die Argimn-spezifischen Bindungseigenschaften von L-R16c wurden genutzt, um die
Wechselwirkung mit Peptiden zu testen. Kompetitive Bindungsexpeπmente wurden mit
einem Peptid durchgeführt, das die Sequenz YGRKKRRQRRRP aus dem HIV-Tat-Protein
tragt In Abweichung zu den oben beschriebenen Kompetitionsanaiysen wurde eine Dialy¬
semembran mit einer Molekulargewichts-Ausschlußgrenze von 8000 eingesetzt Die Af¬
finitat von L-R16c für das Tat-Peptid (Kdc = 26 ± 5 μM) war um den Faktor zwei hoher als
die Affinitat für L-Argimn (Fig. 27)
Serumstabilität der Arginin-spezifischen Liganden
Die Stabilität von D-R16c und L-R16c wurde, wie in Beispiel 2 aufgeführt, in Humanserum
untersucht. Während D-R16c in weniger als einer Minute mcht mehr nachweisbar war,
konnte für L-R16c auch nach Inkubation für 60 Stunden bei 37°C kein Abbau festgestellt
werden. Beispiel 4
Verfahren zur iterativen in vitro- Vereinzelung und Sequenzierung
Die in Beispiel 2 beschriebenen RNA-Moleküle aus der zehnten Selektionsrunde wurden
erneut in die komplementäre cDNA durch Reverse Transkriptase übersetzt, dann die Ge- genstrangsynthese und schließlich die PCR-Amplifikation durchgefürt (Fig. 28). In Abwei¬
chung zu Beispiel 2 wurden als Primer Oligonukleotide verwendet, die mit jeweils 20 Nu-
kleotiden über die RNA- bzw. DNA-Matrize hinausragen (Primer C und D, Fig. 28). Diese Verlängerung der PCR-Produkte wurde durchgeführt, um durch Didesoxy-Sequenzierung
die randomisierte Region vollständig ermitteln zu können.
Die PCR-Produkte wurden über ein denaturierendes Polyacrylamidgel (7 M Harnstoff)
gereinigt. Die DNA-Moleküle wurden aus dem Gel mit Wasser eluiert und durch Gelfiltra-
tion entsalzt. Die isolierte Menge an DNA-Produkt wurde durch Absorption bei 260 nm
bestimmt. Zur iterativen Vereinzelung wurden die DNA-Moleküle in mehreren Schritten
derart verdünnt, daß theoretisch eine Zahl von etwa 100 Molekülen erreicht wurde. Aus
dieser Verdünnungstufe konnte durch Aliquotierung eine weitere Verringerung der Anzahl an DNA-Molekülen erreicht werden.
Die pro Aliquot nur noch wenigen DNA-Moleküle wurden durch PCR vermehrt (Primer E
und F, Fig. 28). Es wurden mehrere PCR-Reaktionen ä 30 Zyklen benötigt, um die DNA- Moleküle so zu amplifizieren, daß sie auf einem Polyacrylamidgel nachweisbar waren
(5 pmol). Nach jeder PCR-Reaktion wurde das erhaltene Material durch Ethanolfällung in
Gegenwart von Glykogen gereinigt. Zur Isolierung von Einzelstrangen wurden in erneuten PCR-Reaktion Pπmer verwendet,
die am 5'-Ende phosphoryhert waren (Pnmer E oder F, Fig 28). Die 5'-Phosphatgruppe
wurde wahrend der Festphasensynthese der Pnmer eingeführt Vor den eigentlichen Se¬
quenzierungsreaktionen wurde aus den doppelstrangigen PCR-Produkten Einzelstrang DNA hergestellt, indem der phosphoryherte Strang durch lambda Exonuklease selektiv
abgebaut wurde (Higuchi und Ochman, Nucleic Acids Res. 17 (1989), 5865) Die Sequen¬
zierung wurde dann nach dem konventionellen Didesoxynukleotid-Verfahren durchgeführt (Sanger et al , Proc Natl Acad Sei USA 74 (1977), 5463-5467)
Wenn bei Auswertung der Sequenzgele ersichtlich wurde, daß noch mehrere Varianten
vorlagen, wurde das Verdunnungsverfahren solange wiederholt bis die individuelle Se¬
quenz ermittelt werden konnte Mit diesem Verfahren konnten neben schon bekannten Va¬
rianten (Abb 12) drei neue Varianten identifiziert werden (Abb. 29)

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung von L-Nucleinsäuren. welche an ein in der natürlichen Konfiguration auftretendes Zielmolekül binden, das die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Erzeugung einer heterogenen Population von D-Nucleinsäuren;
(b) Inkontaktbringen der Population von Schritt (a) mit der optischen Antipode des Zielmolekuls;
(c) Abtrennen der D-Nucleinsäuren, die nicht mit der optischen Antipode des Zielmolekuls in Wechselwirkung getreten sind;
(d) Sequenzierung der D-Nucleinsäuren, die mit der optischen Antipode des Zielmoleküls in Wechselwirkung getreten sind; und
(e) Synthese von L-Nucleinsäuren, die in ihrer Sequenz mit den in Schritt (d) für die D-Nucleinsäuren ermittelten Sequenzen identisch sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die optische Antipode des Zielmolekuls als racemisches Gemisch des Zielmoleküls vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Anschluß an Schritt (c) folgender Schritt eingefügt wird:
(ca) Amplifikation der D-Nucleinsäuren, die mit der optischen Antipode des Zielmolekuls in Wechselwirkung getreten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die D-Nucleinsäuren der Population von Schritt (a) an ihren 5'- und 3 '-Enden Primerbindungsstellen bzw. Komplementärsequenzen zu Primerbindungsstellen aufweisen, die eine Amplifikation der in Schritt (ca) erhaltenen D-Nucleinsäuren durch PCR ermöglichen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die D-Nucleinsäure der Population von Schritt (a) an ihren 5'- oder 3 '-Enden Bindungsstellen bzw. Komplementärsequenzen zur Bindungsstelle für eine DNA-abhängige RNA-Polymerase aufweisen, die eine in vitro-Transkription der in Schritt (ca) erhaltenen cDNAs ermöglichen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei während der Amplifikation Nucleotide in die neu zu synthetisierenden Nucleotidstrange eingebaut werden, die an dieser Nucleinsäureposition in den in Schritt (a) vorhandenen, mit dem Zielmolekül wechselwirkenden D-Nucleinsäuren nicht vorkommen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei im Anschluß an Schritt (ca) fol- gender Schritt eingefügt wird:
(cb) Inkontaktbringen der amplifizierten D-Nucleinsäuren mit der optischen Antipode des Zielmoleküls, an die sich die Schritte (b) und gegebenenfalls (ca) vor der Durchführung des Schrittes (d) anschließen, wobei die Schritte (cb), (b), und gegebenenfalls (ca) in dieser Reihenfolge ein oder mehrere Male wiederholt werden können.
8. Verfahren zur Herstellung von L-Nucleinsäuren, daß die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Erzeugung einer heterogenen Population von L-Nucleinsäuren;
(b) Inkontaktbringen der Population von Schritt (a) mit dem Zielmolekül; (c) Abtrennen der L-Nucleinsäuren, die nicht mit dem Zielmolekül in Wechselwirkung getreten sind;
(d) Sequenzierung der L-Nucleinsäuren, die mit dem Zielmolekül in Wechselwirkung getreten sind;
(e) Synthese von L-Nucleinsäuren, die in ihrer Sequenz mit den in Schritt (d) ermittelten Sequenzen identisch sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zusätzlich im Anschluß an Schritt (c) folgender Schritt eingefügt wird:
(ca) Amplifikation der L-Nucleinsäuren, die mit dem Zielmolekül in Wechsel- Wirkung getreten sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die L-Nucleinsäuren der Population von Schritt (a) an ihren 5 - und 3 '-Enden Primerbindungsstellen bzw. Komplementärsequenzen zu Primerbindungsstellen aufweisen, die eine Amplifikation der in Schritt (ca) erhaltenen L-Nucleinsäuren durch spiegelbildliche PCR ermöglichen.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei bei der Amplifikation Nucleotide in die neu zu synthetisierenden Nucleotidstrange eingebaut werden, die an dieser Nucleo- tidsäureposition in den in Schritt (a) vorkommenden, mit dem Zielmolekül wechselwirkenden L-Nucleinsäuren nicht vorkommen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei im Anschluß an Schritt (ca) folgender Schritt eingefügt wird:
(cb) Inkontaktbringen der amplifizierten L-Nucleinsäuren mit dem Zielmolekül, an die sich die Schritte (b) und gegebenenfalls (ca) vor der Durchführung des Schrittes (d) anschließen, wobei die Schritte (cb), (b) und gegebenenfalls
(ca) in dieser Reihenfolge ein oder mehrere Male wiederholt werden können.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Wechselwirkung in einer Bindung besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Wechselwirkung in einer katalytischen Reaktion besteht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Nucieinsäuren Desoxyribo- nucleinsäuren und vorzugsweise Desoxyribozyme sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Nucieinsäuren Ribonucleinsäuren sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ribonucleinsäuren Ribozyme sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Zielmolekül eine Aminosäure, ein Peptid, ein Polypeptid oder ein aus mehreren Polypeptiden zusammengesetztes Protein ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Zielmolekül eine einzelsträngige RNA, eine doppelsträngige RNA, eine einzelsträngige DNA oder eine doppelsträngige DNA oder eine Kombination daraus ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Zielmolekül ein Antibiotikum oder ein anderes, pharmazeutisch wirksames Substrat oder dessen Vorstufe ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Zielmolekül ein Zuckermolekül, beispielsweise ein unverzweigter oder verzweigter Polyzucker ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Synthese der L- Nucleinsäuren in Schritt (e) auf chemischem oder enzymatischem Wege erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die chemische Synthese folgende Schritte um- faßt
(ea) Synthese von L-Nucleosiden;
(eb) Synthese von geschützten L-Nucleosidphosphoramiditen; und
(ec) Festphasensynthese der L-Nucleinsäuren am Automaten.
24. L-Nucleinsäure, die spezifisch mit einem in den Ansprüchen 1 bis 20 definierten Zielmolekül in Wechselwirkung tritt.
25. L-Nucleinsäure nach Anspruch 24, die eine L-Ribonucleinsäure ist.
26. L-Nucleinsäure nach Anspruch 25, die ein Ribozym ist.
27. L-Ribonucleinsäure nach Anspruch 24, die eine L-Desoxyribonucleinsäure ist.
28. L-Ribonucleinsäure nach Anspruch 27, die ein Desoxyribozym ist.
29. Verwendung der nach dem Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 23 in Schritt (c) und/oder Schritt (ca) erhältlichen D-Nucleinsäuren als Matrize zur Herstellung einer L-Nucleinsäure mit identischer Nucleinsäuresequenz.
30. Arzneimittel, enthaltend eine nach dem Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 23 erhältliche L-Nucleinsäure oder eine L-Nucleinsäure nach einem der Ansprüche 24 bis 28, gegebenenfalls in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Trä-
31. Kit oder diagnostisches Mittel, enthaltend eine nach dem Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 23 erhältliche L-Nucleinsäure oder eine L-Nucleinsäure nach einem der Ansprüche 24 bis 28.
32. Verwendung der nach dem Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 23 erhältlichen L-Nucleinsäuren oder eine L-Nucleinsäure nach einem der Ansprüche 24 bis 28 als Biosensoren, Herbizide, Zusatzstoffe für Nahrungsmittel, für analytische Verfahren oder für kosmetische Anwendungen.
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