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KR100225090B1 - 이중가닥 핵산을 위한 서열특이적 결합 중합체 - Google Patents

이중가닥 핵산을 위한 서열특이적 결합 중합체 Download PDF

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KR100225090B1
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디. 웰러 드와이트
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섬머론 제임스 이.
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Abstract

본발명은 표적서열에서 선택된 위치에서 적어도 두개의 다르게 배향된 왓슨/크릭 염기쌍을 이중가닥 폴리뉴클레오티드의 표적서열에 서열특이적 방식으로 결합시키는데 효과적인 중합체 조성물을 기술한다.
조성물은 5- 또는 6- 원환 골격구조를 갖는 하전되지 않은 골격과 표적서열에서 다르게 배향된 염기쌍들과 특이적으로 수소결합하기에 효과적인 골격구조에 부착된 선택된 염기들을 포함한다. 중합체 조성물의 제작에 유용한 아단위들도 개시되어 있다.
본발명은 또한 (i) 제1의 유리 또는 중합체-말단 아단위를 짝지음 결합시키는 방법과 (ii) 액체 샘플롭퉈 선택된 서열의 염기쌍들을 갖는 표적가닥 이중가닥 핵산 단편을 분리하는 방법들을 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
이중가닥 핵산을 위한 서열특이적 결합 중합체
[도면의 간단한 설명]
제1a도-제1d도는 T:A(1A), A:T(1B), C:G(1C) 및 G:C(1D) 배향된 왓슨/크릭 염기쌍을 예시하며 염기쌍의 대홈(major-groove) 수소결합부위(화살표)를 나타낸다.
제2a도 및 제2d도는 2-아미노 피리미딘(2A)과 2-피리미딘온(2B)의 토오토머 형태를 예시한다.
제3a도 및 제3c도는 견고한(3A) 소소결합배열과 견고하지 않은(3B) 수소 결합배열을 예시한다.
제4a도 및 제4d도는 A구조에 있어서 U:A 염기쌍에 대한 표준 위치설정과 A-형 이중가닥에 대한 나선축의 대략적 위치(4A), A 구조에서 U:A 염기쌍의 극성 대홈 부위에 수소결합된 아단위(subunit) 염기에 대한 Ra, θa, 및 A값을 산정하기 위한 이 위치설정 계획의 사용(4B), B구조에 있어서 T:A 염기쌍에 대한 표준위치설정과 B-형 이중가닥에 대한 나선축의 대략적 위치(4C), B 구조에서 T:A 염기쌍의 극성 대홈 부위에 수소결합된 아단위 염기에 대한 Rb, θb, 및 A 값을 산정하기 위한 이 위치설정 계획의 사용(4D)을 예시한다.
제5a도-제5c도는 본 발명의 중합체를 형성하는데 사용하기에 적합한 대표적인 2'-데옥시 리보오스(5A), 리보오스(5B), 및 리보오스-유도된 골격구조(5C)를 나타낸다.
제6a도-제6f도는 본 발명의 중합체를 형성하는데 사용하기에 적합한 대표적인 모르폴리노 골격구조를 나타낸다.
제7a도-제7e도는 본 발명의 중합체를 형성하기에 적합한 대표적인 비환식 골격구조를 나타낸다.
제8a도는 4-원자 단위골격길이를 갖는 대표적인 짝지음결합된 비환식 골격구조를 나타내며, 제8b도-제8c도는 5-원자 단위골격길이를 갖는 짝지음결합된 비환식 골격구조를 나타내며, 제8d도-제8e도는 6-원자 단위골격길이를 갖는 짝지음결합된 비환식 골격구조를 나타낸다.
제9a도-제9d도는 6-원자 단위골격길이를 갖는 대표적인 짝지음결합된 환식 골격구조를 나타내며, 제9e도 및 제9f도는 7-원자 단위골격길이를 갖는 대표적인 짝지음결합된 환식 골격구조를 나타낸다.
제10a도 및 제10b도는 구아니딘 염기와 그것의 C:G 배향된 왓슨-크릭 염기쌍에의 결합(10A)을 예시하며 디아미노푸린염기와 그것의 T:A 배향된 왓슨-크릭 염기쌍에의 결합(10B)을 예시한다.
제11a 및 제11b도는 시토닌 염기의 G:C(11A) 및 T:A(11B) 배향된 염기쌍에의 수소결합을 나타낸다.
제12도 및 제12b도는 우라실염기의 A:T(12A) 및 C:G(12B) 배향된 염기쌍에의 수소결합을 나타낸다.
제13a도-제13d도는 G:C 또는 A:T 왓슨-크릭 염기쌍에의 결합을 위해 설계된 토오토머 염기의 일반적인 골격고리구조, 수소결합배열, 및 골격부착위치(13A)를 예시하며, 제13A도 구조의 세가지 특정 구체예(13B-13D)를 예시한다.
제14a도 및 제14d도는 제13b도 구조의 G:C(14A) 및 T:A(14B) 배향된 염기쌍에의 수소결합을 나타낸다.
제15a도-제15d도는 G:C 왓슨-크릭염기쌍에의 결합을 위해 설계된 염기의 일반적인 골격고리구조, 수소결합배열, 및 골격부착위치(15A)를 예시하며, 제15A도 구조의 세가지 특정 구체예(15B-15D)를 예시한다.
제16도는 제15b도 구조의 G:C 배향된 염기쌍에의 수소결합을 나타낸다.
제17a도는 G:C 왓슨/크릭 염기쌍에의 결합을 위해 설계된 염기의 일반적인 골격고리구조, 수소결합배열, 및 골격부착위치를 예시하며, 제17B도는 G:C 배향된 염기쌍에 수소 결합된 제17a도 구조의 특정 구체예를 나타낸다.
제18a도-제18d도는 A:T 또는 A:U 왓슨-크릭 염기쌍에의 결합을 위해 설계된 염기의 일반적인 골격고리구조, 수소결합배열, 및 골격부착위치(18A)를 예시하며, 제18a도는구조의 세가지 특정 구체예(18B-18D)를 예시한다.
제19도는 제18d도 구조의 A:T 배향된 염기쌍에의 수소결합을 나타낸다.
제20도는 본 결합 중합체의 한 구체예의 예로든 고상합성에 사용된 짝지음결합 사이클을 예시한다.
제21도는 본 발명에 따라 제작된, 염기쌍 : C:G, A:T, T:A 및 G:C 의 서열을 갖는 A-형 유전자 이중가닥의 영역에 결합하도록 설계된 중합체의 단편을 예시한다.
제22도는 핵산-결합중합체를 조립하는 신규한 방법에 있어서 짝지음결합 사이클을 예시한다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 1989년 12월 20일 출원된 미국특허출원 일련번호 07/454,055 (현재 미국 특허 No. 5,034,506으로 특허됨)의 부분계속출원인 1991년 6월 20일 출원된 미국특허출원 일련번호 719,732(현재 특허됨)의 부분계속출원이다.
[발명의 분야]
본 발명은 선택된 염기쌍 서열을 함유하는 이중가닥(duplex) 핵산에 서열 특이성을 가지고 결합할수 있는 하전되지 않은 중합체에 관한 것이다.
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[발명의 배경]
표적 병원균에 독특한 선택된 단일가닥 유전자 서열을 불할성화하도록 설계된 올리고뉴클레오티드 또는 올리고튜클로티드 유사체가 1960년 후반기에 먼저 벨리코바(Belikova, 1967)에 의해 보고되었고 이어서 보고되었다(Pitha, 1970 ; Summerton, 1978a, b, 1979a, b ; Zamecnik, 1978 ; Jones, 1979 ; Karpova, 1980 ; Miller, 1979, 1980, 1985 ; Toulme, 1986 ; Stirchak, 1987, 1989). 이 유형의 중합체 약제는 약제와 그것의 상보 단일가닥 표적유전자 서열간의 왓슨/크릭(Watson/Crick)염기쌍을 탐구함으로써 그것의 서열 특이성을 달성한다. 이러한 중합체는 단일가닥 표적유전자 서열만을 결합하기 때문에, 그것들을 불활성화 시키고자 하는 유전자 정보가 이중가닥 상태에서 지배적으로 존재하는 경우에 가치가 제한된다.
많은 병원균 및 병원균의 상태에 대해 이중가닥 유전자 서열은 유전자 활성을 차단하기 위한 더 적합한 표적을 제공한다.
서울 특이적 이중가닥-지향 핵산결합제를 개발하기 위한 초기시도중 하나는 1974년에서 1980년 기간동안에 쿤두(kundu) 하이델 버거(Heidelberger) 그리고 공동연구자들에 의해 보고되었다(Kundu 1974 ; Kundu 1975 ; Kundu 1980).
이 그룹은 이중가닥 핵사에서 특이적 염기쌍에 수소결합하도록 각각 설계된 두 단량체 약제를 보고하였다. 그러나, 이들 약제는 효과적이지 못한데 아마도 두가지 이유 때문이다.
첫째, 그것들은 프로톤 공여체 아니면 수용체(수소결합 관점에서)로서 작용할 수 있는 견고하지 않은 불명료한 수소결합기(아미드)를 이용하였다.
둘째, 그것들은 수용액에서 착체 안정성을 위해 불충분한수의 수소결합(2개)을 제공하였다. 다양한 시스템으로부터의 실험결과는 단지 실질적인 수(아마 적어도 12)의 배위 분자간 수소결합이 있거나 또는 추가의 안정화 상호작용(정전기, 소수성, 등)이 있다면 수용액에서 수소-결합된 착체가 안정함을 제안한다.
또다른 초기의 시도는 다타굽타(Dattagupta)와 크로터스(Crothers)(at Yale)와 독일의 공동 연구자들(Kosturko 1979 ; Bunemann 1981)에 의해 보고되었다.
이들 연구자들은 G:C 염기쌍이 풍부한 이중가닥 DNA로 삽입하는 것으로 알려진 염료와 아마도 소홈(minor-groove) 부위를 통해 A:T 염기쌍이 풍부한 이중가닥 DNA에 선초적으로 결합하는 또다른 염료로부터 제조된 중합체를 사용하였다.
중합체의 제조는 아크릴 부분을 첨가함에 의한 두염료의 변형과 규정된 서열의 이중가닥 DNA(주형)의 존재하에 변형된 염료의 혼합물의 중합을 수반하였다.
예상은 결과된 중합체가 주형 DNA와 같은 서열을 갖는 이중가닥 DNA에 대한 특이적 친화도를 나타낼 것이라는 것이었다.
그러나, 이러한 물질은 단지 유명무실한 서열특이성을 나타냄을 입증하였다.
이중가닥 DNA의 특이적 서열에 결합하도록 설계된 다양한 비스-삽입제도 또한 보 고되었으나(Pelaprat, 1980), 이러한 약제는 본래 단지 최소의 서열특이성만을 제공한다.
더 최근에, 더어반(Dervan)은 천연의 B-형 특이적 소홈 결합 항생제(Distamyin)를 취하였고 상당한 수준의 서열특이성을 달성하기 위해 그것의 구조를 체계적으로 연장 시켰다(Schultz 1982 ; Schultz 1983 ; Youngguist 1985).
그는 또한 이 올리고머에 EDTA/Fe 착체를 첨부하였는데 이것은 일정한 조건하에서 약제의 결합부위근처의 이중가닥 표적서열을 절단하도록 작용한다.
그러나, 이 특정한 접근은 소홈에서 H-결합부위의 고유대칭성이 너무 적은 서열정보를 제공하기 때문에 치료학적 이용분야에 필요한 높은 수준의 특이성을 가져오지 못할 것이다.
더욱 최근에, 더어반과 공동연구자들은 서열 특이적 인식을 위한 표적유전자 이중가닥의 정보에 있어서 더 풍부한 극성 대홈 부위를 이용하는 결합제를 보고하였다. (Sluka 1987). 이것은 이중가닥 DNA 상의 단백질 결합부위에서 DNA를 절단하기 위해 DNA결합 단백질의 DNA-서열 인식 부분으로 이루어지는 합성 폴리펩티드를 적합시키는 것을 수반하였다. 절단활성은 합성펩티드의 아미노 말단에 DATA/Fe 착체를 결합시키고 이 착체가 모 단백질의 천연 표적서열에서 또는 근처에서 이중가닥 DNA를 선택적으로 절단함을 증명함으로써 달성되었다.
이중가닥 표적맞추기에의 또다른 접근은 1950년대 후반에 처음 보고된 연구에서 나왔는데, 이것은 X-선 회절법에 의해, 높은 염 조건하에 모두 티민 또는 모두 우라실 폴리뉴클레오티드가 한 가닥에서 모두 아데닌과 다른 가닥에서 모두 티민 또는 우라실을 갖는 왓슨/크릭 유전자 이중가닥상의 특이적 극성 대홈 부위에 결합할 수 있음을 증명하였다(Hoogsteen 1959).
이어서, 높은 염에서와 7보다 낮은 값에서 프로톤 첨가된 시토신 부분을 갖는 모두 시토신 폴리뉴클레티드는 한가닥에서 모두 구아닌과 다른 가닥에서 모두 시토신을 갖는 왓슨/크릭 이중가닥에 유사한 방법으로 결합할 수 있음을 보고되었다.
그후, 높은 염에서와 7보다 낮은 pH에서 시토신과 티민(또는 우라실)을 함유하는 폴리뉴클레디드는 한가닥에 적당한 서열의 푸린과 다른 가닥에 피리미딘을 갖는 왓슨/크릭 이중가닥에 결합할수 있음이 증명되었다(Morgan, 1968).
1970년대에 이 훅스틴 결합 메카니즘은 한가닥에서 연속 푸린과 다른가닥에서 피리미딘을 함유하는 이중가닥 유전자 단편의 친화도 크로마토그라피 정제에 대해 탐구되었다(Flavell, 1975 ; Zuidema, 1978). 1987년에 더어반과 공동연구자들은 EDTA/Fe 절단부분을 지니는 모두 피리미딘 폴리뉴클레디드를 한가닥에서 특이적 서열의 푸린과 다른 가닥에서 피리미딘을 갖는 표적 유전자 이중가닥상에 위치시키기 위해 이 훅스틴 결합 메카니즘을 탐구하였다(Moser, 1987).
훅스틴 방식과는 다른 대홈 결합방식이 1960년대 중반에 보고되었고 이것은 모두 푸린 폴리뉴클레티드, 폴리(dI), 의 폴리(dI)/폴리(rC) 이중가닥에 (Inamn 1964) 및 폴리(dI)/ 폴리(dC) 이중가닥에(Chemberlin 1965)의 결합을 수반한다.
마찬가지로, 대부분-푸린이 폴리뉴클레오티드는 최근에 선택된 천연 이중가닥 유전자 서열의 활성을 차단하기 위해 호간(Hogan) 및 공동연구자들에 의해 사용되었다. (Cooney, 1988). 이들 역자들은 6mM Mg++의 존재하에 특이적 서열의 대부분-푸린인 폴리뉴클레오티드(24 푸린, 3 피리미딘)는 세포없는 시스템에서 사람 C-myc 유전자의 전사를 억제함을 보고하였다.
현재까지, 유전자 이중가닥에 결합시키기위해 사용된 보고된 폴리뉴클레오티드는 살아있는 유기체내에서 효과적인 사용을 위한 한가지 또는 그 이상의 중요한 평가 기준을 만족시키지 못한다. 먼저, 시토신을 함유하는 훅스틴-결합 폴리뉴클레오티드(폴리피리미딘)는 효과적인 결합을 달성하기 위해 보다 낮은 생리학적 pH를 요하나(시토신 부분을 포로톤 첨가시킬 필요성으로 인함), 최근에 더어반과 공동연구자들에 의해 시토신의 대신에 5-메틸시토신의 사용은 생리학적 조건에 다소 더 가까운 pH에서 훅스틴 결합을 허용한다는 것과(Mahler, 1989), 시토신의 대신에 5-메틸시토신과 티민(또는 우라실)의 대신에 5-브로모 우라실 둘다의 사용은 결합을 여전히 더 개선시킴을 증명하였다(Povsic, 1989).
둘째로, 폴리푸린 폴리뉴클레오티드의 경우에, 이노신(히포크산틴)과 아덴닌 부분 둘다는 세포내 이용에서 효과적인 대홈 결합을 위한 적당한 서열 특이성 및 적당한 결합친화성을 결핍한다. 이노신(Inman, 1964)과 아데닌(Cooney, 1988)부분에 대한 부적당한 서열 특이성은 이노신이 C:I (또는 C:G) 염기쌍 (즉, C의 NH4 및 G 또는 I 의 06)과 A:T 또는 A:U 염기쌍(즉, A의 NH6및 T 또는 U의 04)둘다의 중심 극성 대홈부위에 유사한 친화도록 결합할수 있다는 사실로부터 나오며 이하 더 논의하는 바와같이 아데닌이 T:A 또는 U:A 염기쌍(즉, T 또는 U의 04및 A의 NH6)과 G:C 염기쌍(즉, G의 06및 C의 NH4) 둘다의 중심 극성 대홈 부위에 유사한 친화도로 결합할수 있기 때문이다. 이노신의 그것의 표면적염기쌍과 아데닌의 그것의 표적염기쌍에 대한 낮은 결합 친화도는 이들 푸린이 그것들의 각각의 포적염기쌍들의 대홈 부위에 단지 두개의 최적보다 적은 수소결합을 형성할 수 있다는 사실에 기인한다.
세째로, 폴리피리미딘과 폴리푸린 폴리뉴클레오티드는 둘다 생리학적 조건하에서 그것들의 표전 유전자 이중가닥에 효과적인 결합을 달성하지 못하는데, 3 중가닥 착체의 세개의 밀접하게 채워진 폴리음이온성 골격들간의 실질적인 정전기적 반발에 기인한다. 이 반발은 높은염(Morgan, 1968), 2가 양이온(Cooney, 1988), 또는 폴리아민(Moser, 1987)에 의해 약해질 수 있으며, 그럼에도 불구하고, 살아있는 세포에서 및 특히 본래대로의 유기체내의 세포에서 이용을 위해, 세포내 양이온 농도의 조절은 일반적으로 가능하지가 않다.
게다가, 치료학적 이용을 위해 폴리뉴클레오티드는 최적보다 적은데 이유는 그것들이 모세혈관의 망상 내피세포층 라이닝에 의해 신속히 격리된다는 것과 그것들이 생물학적 막을 쉽게 가로지르지 못한다는것, 그리고 그것들은 혈중 및 세포내 뉴클레아제에 의한 분해에 민감하기 때문이다.
마지막으로, 서열 특이적 이중가닥- 지향 핵산 결합제의 많은 채내(in vivo) 이용을 위해, 주표적은 DNA이며, 이것은 B 또는 B-유사구조에서 지배적으로 세포내에 존재하는 것으로 나타난다. 이 문헌에서, 유전자 이중가닥에 대홈 결합을 위해 사용했던 폴리뉴클레오티드(Moser, 1987 ; Cooney, 1988)는 B형 구조에서 존재하는 이중가닥 유전자 서열에 결합을 위해 최적인 것보다 더짧은 단위골격길이를 갖는다.
[발명의 개요]
본 발명은 표적서열의 선택된 위치에서 적어도 두개의 다르게 배향된 왓슨/크릭염기쌍을 함유하는 이중가닥 폴리뉴클레오티드의 표적서열에 서열특이적 방식으로 결합하는데 효과적인 중합체 조성물을 포함한다.
중합체는 다음 형태들로부터 선택된 특이적 서열의 아단위들로 형성된다.
상기식에서 Y는 2- 또는 3- 원자길이, 하전되지않은 아단위간 결합기이며, R'는 H, OH, 또는 O- 알킬이며, 5'-메틸렌은 5원 고리에서 β입체화학적 배향과 6원 고리에서 균일한 입체화학적 배향을 가지며, Ri는 β입체화학적 배향을 가지며, 중합체에서 Ri기의 적어도 약 70%는 두개 또는 그 이상의 다음의 염기쌍 특이성기들로부터 선택된다. (a) T:A 또는 U:A 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 2,6-디아미노푸린이며, (b) C:G 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 구아닌 또는 6-티오구아닌이며, (C) G:C 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 다음의 골격 고리구조 및 수소결합배열을 갖는 편평한 염기들로 구성되는 군으로부터 선택되며, 여기서 B는 중합체 골격을 가리킨다.
상기식에서*고리위치는 카르복실산소와 같은 수소결합 수용체기를 지닐수도 있으며, (d) A:T 또는 A:U 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 다음의 골격 고리구조 및 수소결합 배열을 갖는 편평한 염기들로 구성되는 군으로부터 선택되며, 여기서 B는 중합체 골격을 가리킨다.
상기식에서*고리위치는 NH2와 같은 수소결합공여기를 지닐수도 있다.
한 구체예에서, A구조에서 이중가닥 핵산 서열에의 서열 특이적 결합에 사용하기 위해, Y 결합기는 기이가 2개 원자이다. 또다른 구체예에서, B-형 DNA-DNA 이중가닥 핵산서열에의 서열 특이적 결합에의 사용을 위해, Y 결합기는 길이가 3개 원자이다.
또다른 관점에서, 본 발명은 다음의 아단위 형태중 하나를 갖는 제1의 유리 또는 중합체 말단의 아단위
(상기식에서 Ri는 둘 또는 그 이상의 수소결합부위를 갖는 편평한 고리구조이다)를, 다음의 아단위형태중 하나를 갖는 제2의 유리 또는 중합체 말단의 아단위와 짝지음 결합시키는 방법을 포함한다.
상기식에서 Z는 2-원자 또는 3-원자 길이 부분이다.
그 방법은 i) 제1의 아단위를 산화하여 디알데히드 중간체를 발생시키는 단계, ii) 1차 아민을 디알데히들에 짝지음결합시키기에 효과적인 조건하에서 디알데히드 중간체를 제2의 아단위와 접촉시키는 단계 그리고 iii) 다음 형태들
로부터 선택된 짝지음결합된 구조를 제공하기에 효과적인 환원제를 첨가하는 단계를 포함한다.
여전히 또다른 관점에서, 본 발명은 액체샘플로부터 선택된 서열의 염기쌍을 갖는 표적 이중가닥 핵산단편을 분리시키는 방법을 제공한다. 그 방법은 샘플을 먼저 용액으로 부터 시약의 분리를 허용하는 중합체 시약 함유구조와 접촉시키고 상기한 타입의 중합체 조성물을 이 구조에 부착시키는 것을 포함하는데, 여기서 중합체 조성물은 염기쌍의 선택된 서열과 서열 특이적 방법으로 결합하는데 효과적인 아단위 서열을 갖는다. 접촉은 중합체 조성물의 염기쌍의 선택된 서열에의 서열특이적 결합을 위해 효과적인 조건하에 수행된다.
또한, 본발명의 중합체는 표적핵산서열의 존재를 검출하기 위해 사용될수 있다.
예를들면, 지지물-결합된 중합체 조성물을 중합체 조성물의 그것의 염기쌍 표적서열에의 서열특이적 결합에 효과적인 조건하에 선택된 이중가닥 유전자 서열을 함유하는 시험 용액과 접촉시킬수 있다. 그 다음 선택된 이중가닥 유전자서열과 결합된 지지물- 결합된 중합체를 시험용액으로 부터 분리한다.
그 다음 중합체/표적 이중가닥 서열을 검출한다.
선택된 유전자서열을 검출하는 것은, 예를들면 다음중 한가지를 이용할 수 있다.
브롬화에 티듐 및 요오드화 프로피듐과 같은 이중가닥 유저자 서열로 삽입하기에 효과적인 형과 화합물, 또는 헥산의 폴리음이온성 골격에 결합하기에 효과적인 올리고 양이온성 부분(moieties)에 결하된 리포터 부분.
이중가닥 폴리뉴클레오티드에서 표적서열에 서열특이적 방식으로 결합하기에 효과적인 중합체 조성물을 형성하는데 사용하기 위한 아단위 조성물도 또한 본 발명의 일부를 형성한다.
조성물은 다음의 아단위 구조들중 하나를 포함한다.
상기식에서 R'는 H, OH, 또는 O- 알킬이며, 5'-메틸렌은 아단위형 (a), (c), 및 (d)에서 β입첵화학적 배향을 가지며 아단위형(b)에서 균일한 입체화학적 배향을 갖고, X는 수소 또는 보호기 또는 어떤 선택된 순서로 선형중합체에 아단위를 결합시키기에 적합한 결합기이며, Y는 어떤 선택된 순서로 선형중합체에 아단위를 결합시키기에 적합한 친핵성 또는 친전자성 결합기이며, X 와 Y는 함께 아단위 세트의 두 아단위가 결합될때 결과되는 아단위내 결합이 길이가 2 또는 3개 원자이고 하전되어 있지 않으며, Z는 2-원자 또는 3-원자길이 부분이며, Ri은 보호된 상태로 있을수도 있고 β입체화학적 배향을 갖는데, 다음의 골격고리구조와 수소결합 배열을 갖는 편평한 염기로 구성되는 군으로부터 선택되며, 여기서 B는 지방족 골격부분을 가리킨다.
상기식에서*고리위치는 수소결합 수용체가 지닐수도 있으며, 또는 여기서 Ri는 다음의 골격고리구조와 수소결합배열을 갖는 편평한 염기로 구성되는 군으로 부터 선택되며, 여기서 B는 지방족 골격부분을 가리킨다.
상기식에서*고리위치는 수소결합공여기를 지닐수도 있다.
본발명의 또 다른 구체예는 선택된 이중가닥 유전자 서열의 생물학적 활성을 억제하는 방법을 포함한다. 이 방법에서, 적합한 표적서열의 염기쌍은 활성이 억제되어야 하는 선택된 이중가닥 유전자 서열내에서 선택된다.
중합체 조성물은 상기 기술한 바와같이 표적 서열 특이적 방식으로 결합 하기에 효과적인 것이 제공된다.
중합체 조성물은 실질적인 생리학적 조건하에 선택된 이중가닥 유전자 서열과 접촉된다.
이 방법은 중합체 조성물은 선택된 유전자 서열과 접촉시키는 것이 불화성화시킬 선택된 유전자 서열을 함유하는 조직 또는 부위에 중합체 조성물을 표적 맞추는 것을 수반하는 선택된 유전자 서열과 중합체 조성물을 접촉시키는 것을 더 포함할 수 도 있다. 전달의 몇가지 방법은 중합체 조성물을 에어로졸의 형태로 환자의 기도에 전달하거나 및/또는 중합체 조성물의 환자에 주사하는 것을 포함한다.
본발명의 이들 및 다른 목적과 특징들은 다음의 발명의 상세한 설명을 첨부도면과 연관하여 읽을때 더욱 충분히 명백해질 것이다.
[발명의 상세한 설명]
[중합체 아단위 제조]
본발명의 중합체는 이중가닥 핵산의 가닥에서 선택된 서열(표적서열)에 염기쌍 특이성을 가지고 결합하도록 설계되어 있다. 여기서 사용된 바와같이, 이중가닥 서열은 연속 배향된 왓슨/크릭 염기쌍의 서열을 말하는데, 여기서 4개의 배향된 염기쌍들은 A:T(또는 A:U), T:A(또는 U:A), G:C, 및 C:G 이고, 여기서 A, T, U, G 및 C는 각각 아데닌, 티민, 우라실, 구아닌, 및 시토신 핵산염기들을 말한다.
중합체는 아단위로 형성되어 있는데, 이들 각각은 총체적으로 하전되지 않은 골격을 형성하는 환식 골격구조 및 결합기와, 표적에 염기쌍 특이적 수소결합을 제공하는 환신 골격구조에 부착된 염기로 이루어진다.
중합체 아단위에 있어서 골격구조, 결합기 및 부착된 염기는 이하에 상술한다.
이들 이중가닥 결합 중합체의 본문에서 용어 염기는 편평한 염기쌍-특이적 수소결합부분을 말한다.
[A. 아단위 염기 요구조건]
왓슨/크릭 염기쌍에서 극성 소홈 부위의 대칭성과 극성 대홈 부위의 비대칭성 때문에 주어진 수준의 서열 특이성을 달성하기 위해 소홈 결합제는 해당 대홈 결합제보다 2배 많은 염기쌍들을 인식해야할 것이다.
따라서, 아단위 염기의 수소결합은 표적 이중가닥의 대홈에서 극성 부위에 있다.
제1a도-제1d도는 T:A, A:T, C:G 및 G:C 배향된 왓슨/크릭 염기쌍들을 나타내며, 대홈 수소결합부위를 도면에서 화살표로 표시하였다.
T:A 및 A:T 배향된 염기쌍들에 대해 극성 대홈부위는 아데닌의 N7 과 N6에 수소와 티민(또는 우라실)의 04를 포함한다.
C:G 및 G:C 배향된 염기쌍들에 대해 극성 대홈 부위는 구아닌의 O6와 N7 그리고 시토신의 N4에 수소를 포함한다.
결합의 자유에너지에 상당한 기여를 하고 적당한 염기쌍 특이성을 제공하기 위해, 아단위 염기는 그것의 표적염기쌍에 적어도 두개의 수소결합을 형성해야 한다.
즉, 중합체에서 각 아단위 염기는 생리학적 pH에서 각각 배향된 표적 염기쌍상의 둘 또는 세개의 극성 대홈 부위에 결합하기에 적합한 수소결합 배열을 함유해야 한다. 표1은 네가지 배향된 왓슨/크릭 염기쌍의 각각에 대한 극성 대홈 부위로 이루어지는 수소결합배열과 상기 극성 대홈 부위에 수소결합하기에 적합한 아단위염기의 해당 수소결합 배열을 나타낸다.
[표 1]
표에서, X 는 수소결합에 적합한 비결합된 전자쌍을 갖는, 일반적으로 N, O 또는 S원자이나, 또한 F, Cℓ또는 Br 도 될수있으며, **는 수소결합에 적합한 비결합된 전자쌍을 나타낸다.
상기 지적한 바와같이, 중합체 아단위 염기는 생리학적 pH에서 명시된 수소결합배열을 하유해야 한다(훅스틴- 형 대홈 결합에 사용된 시토신부분에 대한 경우와 반대임).
이것은 생리학적 pH에서 아단위 염기의 결합은 중합체와 그것의 표적 이중가닥간의 결합의 자유에너지에 실질적인 기여를 한다.
생리학적 pH에서 아단위 염기는 지배적으로 비이온화 되어 있어야 한다.
더 구체적으로, 여기부분은 적어도 7.5 또는 그 이상의 pKb값을 가져야 하며 산성부분은 적어도 7.7또는 그 이상의 pka 값을 가져야 한다. 이 실질적으로 이온전하의 결핍은 두가지 이점을 제공한다.
첫째, 살아있는 세포에서 이용을 위해 결합중합체상의 이온기의 결핍은 생물학적 막을 가로질러 중합체의 통과를 용이하게 한다.
둘째, 음의 전하의 결핍은 결합중합체와 그것의 표적이중가닥의 음으로 하전된 인산염간의 전하반발의 문제를 회피한다.
네가지 배향된 왓슨/크릭 염기쌍의 대홈 수소결합 배열을 표2에 예시한다.
[표 2]
표2에서, H는 질소에의 수소결합이며, **는 수소결합에 유용한 질소 또는 산소의 전자쌍이다.
표2에 나타낸 염기쌍 H-결합배열의 각각의 위치설정은 이중가닥 유전자 서열의 대홈에서 그것들의 상대위치를 어림하는데, C:G 염기쌍의 H-결합부위중 둘(NH4 및 O6)은 A:T(U) 염기쌍의 수소결합부위중 둘(NH6 및 O4)과 거의 같게 위치된다는 사실을 예시한다. 마찬가지로, G:C 염기쌍의 수소결합부위중 둘(O6 및 NH4)은 T(U):A 염기쌍의 H-결합부위중 둘(O4 및 NH6)과 거의 같게 위치된다.
배향된 염기쌍의 중심 수소결합부위들 간의 위치설정에 있어서 이들 유사성 때문에, 대홈의 중심근처(상기표에서 밑줄친것)에서 극성 부위에 단지 수소결합하는 아단위 염기는 주어진 염기쌍에 대한 적당한 특이성을 결핍한다.
따라서, 아단위 염기가 단일 배향된 염기쌍에 대해 높은 특이성을 달성하기 위해 염기는 그것의 각각의 표적염기쌍의 N7에 수소결합해야 한다.
아단위염기가 네가지 배향된 왓슨/크릭 염기쌍의 단지 한가지에 결합한다면 그 아단위염기의 토오토머 상태는 염기쌍 결합을 위해 위치된 수소결합기의 적어도 둘은 토오토머화하지 않아 의도한것 이외의 염기쌍에 대한 비교할만한 친화도를 가지고 H-결합을 할수있는 구조를 제공하도록 사용의 조건하에 충분히 고정되어야 한다.
예시를 위해, 제2a도는 허용되는 고정된 구조(2- 아미노 피리딘, 이것은 거의 배타적으로 2-아미노 토오토머형으로 존재한다)를 나타낸다.
제2b도는 생리학적 조건하에서 용이한 토오토머화로 인해 단일 염기쌍에 대한 특이성을 결핍하는 제2의 구조를 나타낸다(2-피리미딘온).
넓은 분류의 대표적인 헤테로 환식구조의 지배적인 토오토머형들은 책에 표로 나와있다(Elguero, Marzin, Katritzky Linda 편집(1976)).
아단위 염기들은 염기쌍 결합을 위해 위치된 비교적 견고한 배열의 적어도 두개의 염기쌍 H-결합기를 제공하는 구조들을 가져야 한다.
이러한 견고성은 표적 염기쌍에의 H-결합에 수반되는 극성 헤테로 원자의 적어도 두개가 고리의 일부를 형성하거나 아니면 고리에 직접 부착되는 고리구조에 의해 가장 잘 제공된다. 예시를 위해 제3a도는 이 견고성의 요구조건을 만족시키는 구조(2- 아미노-3-시아노 피롤)를 나타낸다.
제3b도는 이 요구조건을 만족시키지 못하는 구조(2-카르복사미드 피롤)를 나타낸다.
가장 간단한 서열 특이적 결합 중합체는 폴리뉴클레오티드 이중가닥에서 인접염기쌍들로 구성되는 표적에 결합하는 것들이다.
이것은 차례로 결합중합체의 아단위염기는 그것들이 결합하는 표적 염기쌍 보다 더 두껍지 않을 것이 요구된다. 따라서 각 아단위 구조는 편평해야 한다.
이것은 대부분의 또는 모든 고리원자들에 대해 방향족 특성을 갖는 그리고/또는 평면 삼각 결합을 갖는 아단위 염기를 사용함으로써 가장 잘 달성된다.
[B. 아단위-결합 제한]
이제 중합체 아단위의 기하학적 요구조건을 생각할때, 대부분의 이중가닥 핵산은 두가지 일반적인 구조중 하나를 택한다.
RNA/RNA와 RNA/RNA 이중가닥은 A-형 구조를 택한다.
DNA/DNA 이중가닥은 B-형 구조를 택하나 높은 염 또는 낮은 극성용매와 같은 일정한 조건하에서 A구조로 쉽게 전환할수 있다.
이중가닥 핵산에서 왓슨/크릭 염기쌍들 각각 상의 극성 대홈 부위는 이웃하는 염기쌍들에 대홈부위의 해당배열에 관하여 분명히 규칙적으로 위치되며 상대적 위치는 축상위치, 축상 상승부위(rise)및 축상회전의 나선상 구조 파라미터에 의해 규정된다.
원리상, 염기들이 그것들 각각의 표적 염기쌍들에 수소결합될때 다른 아단위 염기들의 골격부착위치는 그것들의 표적 염기쌍들에 상대적인 어떤 규칙적 방식으로 위치되는 것이 필요하지 않다. 그러나, 아단위 염기들의 그것들의 표적염기쌍들에 상대적인 골격 부착위치들에 있어서 상당한 다양성이 있을때 중합체에서 성분 아단위들의 골격구조의 각각은 골격길이 및 아단위염기 부착의 위치에 관하여 맞춤재단되어 대단히 높은 개발 및 제조비용을 가져와야만 한다.
그러나, 주어진 아단위 세트의 아단위염기들 모두가 그것들 각각의 표적염기쌍들에 상대적인 유사한 골격 부착위치와 각들을 갖는다면, 그때는 세트의 모든 아단위들은 동일한 골격구조를 가질수 있고 중합체 제조에 요구되는 합성 노력이 크게 단순화 될수 있다. 이 목적으로, 본발명에서 사용된 중합체 아단위들은 이하 기술된 평가기준에 따라 유사한 골격 부착위치와 각을 갖도록 선택된다.
유사한 골격구조 및 각이 의미하는 바를 이해하기 위해, 제4a도를 참조하는데 이것은 A-형 유전자 이중가닥, 즉(A, 12, 0.326) RNA의 나선축(Ha로 표시함)에 상대적으로 위치된 왓슨/크릭 염기쌍(W/C bp)을 나타낸다.
도면에서 하부 수평선은 왓 염기쌍의 두개의 리보오스 C1'원자들을 결합하며, 수직선(PB로 표시함)은 먼저 언급한 선의 수직 이등분선이다.
골격부착위치 및 아단위 염기의 각은 이 표준화된 위치에서 해당 표적 염기쌍상에 아단위 염기를 위치시킴으로서 결정되며, 아단위 염기는 제4b도에서 2.6-디아미노트리아진 아단위 염기에 대해 나타낸 바와같이 왓슨/크릭 염기쌍에서 적당한 극성 대홈 부위에 수소결합된다.
A-형 표적 이중가닥에 상대적으로 아단위 염기의 골격부위치는 Ra 및 θ값으로 기술될수 있고 여기서 Ra는 A-형 표적 이중가닥의 나선축으로 부터 아단위 염기가 부착되는 골격원자(B로 표시함)의 중심까지의 옹스트롬의 반경거리이며, θ는 수직이등분선으로부터 전술한 골격원자의 중심까지 시계방향으로 측정한 나선축에 대한 단위가 도인 각이다.
부착각 A는 수직이등분선과 아단위 염기와 골격부분간의 결합에 평행한선 간의 수직 이등분선으로부터 시계방향으로 측정한 단위가 도인 각으로 정의된다.
제4b도는 A구조에 있어서 U:A 염기쌍에 수소결합된 2,6-디아미노 트리아진 아단위 염기에 대한 Ra, θ, A 파라미터를 예시한다.
제4c도는 B-형 이중가닥의 해당 위치된 염기쌍을 예시하며, 제4d도는 B구조에 서 T:A 염기쌍에 수소결합된 2,6-디아미노 트리아진 아단위 염기에 대한 Ra, θ 및 A 파라미터를 예시한다.
주어진 골격 부착부위를 갖는 선택된 아단위 염기에 대한 표적 염기쌍을 명료하게 정의하기 위해, 표적 이중가닥에서 각 왓슨/크릭 염기쌍에 대한 두가지 배향이 생각되어야 한다. 결과된 4가지 배향된 염기쌍들은 A:T, T:A, C:G 및 G:C(그리고 V가 T를 대신하는 해당 염기쌍들)로써 칭한다. 이들 염기쌍들의 배향을 표3에 정의되어 있다.
[표 3]
원리상, 어떤 주어진 아단위 염기에 대한 그것의 표적 염기쌍 상의 위치에서 골격 부착위치는 θ, 0。내지 180。의 범위로 X。를 가질수 있다.
표적염기쌍을 홱 움직여 같은 표적 결합된 아단위염기의 θ값을 360。-X。로 변화 시킨다. 다음의 논의에서 사용된 결합중합체의 각 아단위염기에 대한 θ값은 180。미만이라는 것이다.
따라서, 여기서 개시된 결합중합체를 조립하기 위해 적합한 아단위 세트를 선택하는 본문에서, 주어진 염기쌍의 어는 배향이 명시된 아단위 염기에 대한 표적을 구성 하는지 명백히 규정하기 위해, 염기쌍 결합된 아단위 염기의 골격 부착위치가 180。 미만의 θ값을 갖도록 그 표적염기쌍의 배향을 칭하는 것이 중요하다.
예시를 위해, 트리아진의 C4를 통해 부착된 골격부분을 갖는 2,6-디아미노트리아진 아단위 염기(제4b도)는 A구조에서 U:A 염기쌍에 결합하여 28。의 θ값을 줄수있다.
이 같은 아단위 염기가 염기쌍의 반대배향(즉, A:U)에서 같은 염기쌍에 수소결합되어 있을때 아단위 염기에 대한 θ값은 332。(즉 360。-28。)이다.
여기서 사용된 약속은 이 아단위 염기에 대한 표적염기쌍은 U:A(θ가 180。보다 작은 경우) 이지 A:U(θ가 180。 보다 큰경우)가 아님을 지시한다.
예기되는 인식부분에 대한 R, θ 및 A의 허용값들은 CPK 분자모델(The Ealing corp., South Natick, Mass., USA)로 쉽게 얻어질수 있다.
약간 더 정확한 값들은 시중구입되는 것들과 같은 컴퓨터 분자 역학 프로그램을 통해 아단위 염기/염기쌍 삼중 가닥에서 수소결합의 최적화에 의해 추정될수 있다. 아단위 염기는 또한 주어진 아단위 세트(주어진 중합체의 조립에서 사용된 아단위의 세트)모두 서로 약 2옹스트롬내의 R값, 서로 약 20。내의 θ값 그리고 서로 약 30。내의 A값을 갖도록 선택되어야 한다.
아단위염기가 배향된 염기쌍의 단지 하나에 대해 높은 특이성을 갖기 위해서는 아단위 염기가 그것의 골격구조에 그것의 결합에 대해 단순히 아단위 염기의 회전에 의해서 두배향(예들면며, G:C 및 C:G)으로 주어진 염기쌍에 결합할수 없는것이 중요하다. 그러므로, 초기 기술된 골격 부착위치 또는 각은 표적염기쌍의 C1'위치에 관하여 비대칭이어야 한다. 구체적으로 아단위 염기에 대한 θ는 약 10。 보다 더 큰 값을 가져야하며, 또는 아단위 염기에 대한 부착각 A는 약 25。보다 더 큰 값을 가져야 한다.
[C. 골격구조 제한]
이 단원은 선택된 아단위 세트에 대한 골격구조 제한을 생각한다.
원리상, 구조는 이하 D단원에서 논의되는 일반적 성질들을 갖는 하전되지 않은 결합을 통해 다른 아단위 구조에 어떤 선택된 순서로도 결합 가능해야 한다.
또한, 아단위 골격구조 및 결합은 적당한 공간을 제공해야 하고 표적 이중가닥 서열에서 아단위 염기의 그들 각각의 배향된 염기쌍들에의 효과적인 결합을 위해 그들 각각의 아단위 염기의 정확한 배향과 위치설정을 허용해야 한다.
아단위 골격구조 및 결합에 대한 주된 요구조건은 그것이 본질적으로 어떤 명시된 순서로도 아단위를 결합시키기 위한 수단을 제공하는 것이다.
이 요구조건은 이종 아니면 동종의 결합기를 함유하는 구조에 의해 만족될수 있다.
이종형 골격부분은 다음에 예시하는 바와같이 한 단부에 친핵기(N)와 다른 단부에 친전자기(E)를 함유한다.
N--------E
N 성분에 대한 바람직한 관능기는 1차 및 2차아민, 히드라진, 히드록실, 술프히드릴, 히드록시아민을 포함한다.
E성분에 대한 바람직한 관능기는 다음의 산들 및 그의 유도체, 카르복실산, 티오카르복실산, 인산, 티오인산, 인산 및 티오인산의 에스테르, 티오에스테르 및 아미드, 포스폰산 및 티오포스폰산, 그리고 술폰산을 포함한다.
다른 적합한 E기는 알데히드, 디알데히드( 또는 디알데히드로의 전환에 적합한 인접 히드록실), 할로겐화알킬, 및 알킬 토실레이트를 포함한다.
동종형 골격부분은 두가지 유형이 될수 있는데, 한 유형은 친핵 단부 기를 가지며 다른 유형은 친전자 단부기를 갖거나 또는 단일의 동종 골격부분은 적당한 링커와 교호로 될수 있다.
이들 교호체는 다음에 예시한다.
N----N가 E----E와 교호
N----N가 E링커와 교호
N링커가 E-----E와 교호
N 및 E에 대한 바람직한 관능기는 이종 골격부분에서와 같다.
바람직한 E 링커는 카르복실, 티오카르보닐, 알킬, 포스포릴과 티오프스포릴의 에스테르, 티오에스테르, 및 아미드, 포스포릴 및 티오포스포릴, 술포릴, 및 옥살산을 포함한다.
바람직한 N링커는 1,2-디메틸 히드라진이다.
본발명은 이하의 제5도-제9도에서 예시하는 바와같이 다양한 환식 및 비환식 골격구조를 생각한다. 아크릴 골격구조의 한가지 제한은 중합체 조립에 앞서 친전자 결합기의 활성화는 아단위 염기의 부위들에서 다양한 양의 원하지 않는 분자내 공격을 가져올 수 있다는 것이다.
반대로, 적당한 구조화된 환식 골격부분으로, 활성화된 친전자체는 아단위 염기상의 반응성 부위로부터 효과적으로 분리되어 원하지 않는 분자내 반응을 감소시킬수 있다.
그러나, 지방족 환식 골격부분의 사용은 각 골격구조에서 다수의 카이럴 센터의 존재를 수반한다. 환식 골격구조의 적당한 선택으로, 이러한 다수의 카이럴 센터와 관련된 합성 도전은 골격부분에 대한 또는 바람직한게는 전체 아단위에 대한, 또는 거기에 기부전구물질로서 쉽게 구입할수 있는 천연 생성물을 이용함으로써 크게 회피될수 있다.
천연 공급원으로부터 골격구조 또는 전체 아단위에 대한 이 선호도는 다수의 카이럴 센터를 갖는 지방족 고려구조의 새로운(de novo)제조의 곤란성과 해당하는 더큰 비용을 반영한다.
따라서, 환식 골격부분의 바람직한 부류는 데옥시리보오스 또는 리보오스로 이루어 지거나 그로부터 쉽게 유도되는 것들이다.
게다가, 단일의 거울상체가 구입가능하거나 쉽게 제조 또는 분리될수 있는 어떤 다른 천연 환식구조도 또한 바람직하다. 제5a도-제5c도는 데옥시리보시드 또는 리보시드로 이루어지거나 그로부터 유도된 예로든 환식 골격구조를 예시한다.
도면에서 R'는 H 또는 알킬이며, Ri는 나타낸 바와같이 천연 뉴클레오티드와 같은 β-배향을 갖는 아단위 염기를 가리킨다.
제6a도-제6f도는 β배향의 Ri 염기와 함께, β-배향(제6a도-제6c도) 아니면 α-배향(제6d도-제6f도)을 갖는 리보시드로부터 유도가능한 예로든 환식 모르폴리노 골격 구조를 예시한다. 이러한 아단위의 합성은 이하 및 실시예1-5에서 기술할 것이다.
제7a도-제7e도는 대표적인 유형의 비환식 골격구조를 나타낸다.
[D. 아단위간 결합]
이 단원은 본발명의 중합체를 형성하기 위해 아단위의 결합에 사용된 아단위간 결합의 몇가지 유형 및 성질들을 생각한다.
먼저, 골격은 중성의 수성 조건에서 안정해야 한다.
결합중합체가 생리학적 조건하에서 사용을 위해 설계되기 때문에 아단위간 결합은 상기 조건에서 안정한 것이 필요하다.
결합은 또한 중합체 조립, 탈보호, 및 정제에 요구되는 이들 조건하에 안정해야 한다.
이 안정성 요구조건을 예시하기 위해 알킬술포네이트(R-(SO2)-O-CH2-R')는 결과된 구조가 CH2에의 친핵성 공격에 부당하게 민감하기 때문에 제외된다.
또한, 카보네이트(R-O(C=O)-O-R') 및 에스테르(R-(C=O)-O-R')는 성공적으로 제조될수 있으나, 그것들의 생리학적 조건하에서의 불안정성으로 거의 실용적인 가치가 없게 된다.
둘째로, 골격은 표적 결합에 적합한 구조로 적합시킬수 있어야 한다.
만일 아단위간 결합이 특이적 회전구조(아미드, 티오아미드, 요소, 티오요소, 카바메이트, 티오카바메이트, 카바제이트, 히드라지드, 티오히드라지드, 술폰아미드, 술파미드, 및 술포닐히드라지드에 대한 경우처럼)를 나타내도록 되어있다면 표적 결합과 적합성인 로토머가 가장 낮은 에너지의 구조이거나 아니면 구조들간의 회전에 대한 장벽이 비교적 낮은 (즉, 구조는 생리학적 온도에서 빠르게 상호 변화 가능한)것이 중요하다.
따라서, 트랜스 구조가 표적이중가닥에 짝짓기에 적합하다면 2차아미드(N-알킬아미드, 이것은 트랜스구조를 택하기를 선호함)가 허용될 것이다.
반대로, 3차아민 및 관련된 N,N-디알킬 구조는 알반적으로 두개의 대략 같은 낮은 에너지의 구조들을 갖고 따라서 결합중합체에 유용하기 위해서, 결합은 두 구조들간의 상호전환에 비교적 낮은 에너지 장벽을 가져야 한다.
두 구조이성질체들(conformers)간의 회전에 대한 장벽은 NMR에 의해 다음과 같이 평가될수 있다. 두 구조이성질체가 NMR 시간 규모(10-8초 오다)에 상대적으로 느리게 상호 전환하는 온도에서 두 뚜렷한 신호가 종종 보여지며 각각은 단일의 구조 이성질체를 나타낸다. NMR스펙트럼을 점진적으로 고온에서 취함에 따라 두개의 구조 이성질체 신호는 합체하여 신혹한 상호전환을 가리킨다.
합체온도(Tc)는 따라서 여러가지 결합형의 회전자유도의 유용한 척도를 제공한다.
예를들면, N,N-디메틸 포름아미드는 약 114℃의 Tc를 나타내며(Bassindale, 1984) 유사체 3차 아미드의 구조이성질체는 생물학적 거대분자에서 서서히 상호전환함이 발견되었다. 반대로, N,N-디알킬 카바메이트-함유구조는 44℃바로아래의 Tc를 나타내어 (본발명을 지지하는 미공개 결과가 얻어졌다), 생리학적 온도에서 합리적인 구조상의 자유도를 가리킨다.
N,N-디알킬 술핀아미드(이것은 술폰아미드 및 관련 물질과 유사한 회전에너지 장벽을 가져야 한다)는 마이너스 60。보다 낮은 Tc를 갖는 것으로 보고되었다(Tet. Let. 10 509(1964)).
이들 고찰을 기초로, N,N-디알킬-형 카바메이트, 티오카바메이트, 카바제이트, 그리고 인 및 황의 여러가지 아미데이트를 함유하는 골격결합이 바람직한 반면에, N,N-디알킬-형 아미드, 티오아미드, 요소, 티오요소, 히드라지드 미치 티오히드라지드 결합은 일반적으로 허용되지 않는다.
세째로, 골격은 하전되지 않아야 한다. 치료학적 이용을 위해 이들 결합중합체를 그것들이 i)모세혈관의 망상내피세포층 라이닝에 의해 격리되지 않으며, ii) 세폭막을 쉽게 가로지르며, iii) 뉴크레아제에 의한 분해에 견디며, iv)표적이중가닥의 골격상의 높은 밀도의 음의 전하에 의해 반발하지 않도록 이들 결합 중합체를 설계하는 것이 요망된다. 이들 설계 목적은 생리학적 pH에서 크게 하전되지 않은(비이온성) 아단위는 결합 및 골격부분 둘다를 사용함으로써 가장 잘 달성된다.
아단위 염기가 수소결합을 통해 그것들의 표적서열의 인접 염기쌍들에 위치될때, 그리고 아단위 세트의 모든 인식부분이 잘 들어맞는 R, θ 및 A값들을 갖는다면, 한 골격부분의 아단위 염기 부착위치로부터 다음의 골격부분의 부착위치까지의 거리는
(R sine(rot))2+ (R cosine(rot)-R)2+ (rise)2
의 제곱근이다. 상기식에서, R은 나선축으로부터 아단위 염기가 부착되어 있는 골격부분의 원자의 중심까지의 거리이며, rot는 표적 이중가닥에 대한 축상회전값(전형적으로 A-형 이중가닥에 대해 약 30 내지 33。)그리고 B-형 이중가닥에 대해 36。)이며, rise 는 표적 이중가닥의 축상 상승치(전형적으로 A-형 이중가닥에 대해 약 2.8 내지 3.3A 그리고 B-형 이중가닥에 대해 3.4A)이다.
결합중합체의 단위 골격길이에 의해 뻗어져야 하는 길이, 즉, 한 골격구조의 길이 더하기 골격구조들간의 아단위간 결합이 이 거리이다.
그러나, A-형(RNA/RNA 와 RNA/DNA 이중가닥)과 B-형(DNA/DNA) 표적 이중가닥 둘다는 다소 가요성이며 따라서 계산된 길이 요구조건보다 더 짧거나 더 긴 옹스트롬의 분율인 단위 골격길이를 갖는 결합중합체를 일반적으로 수용할수 있어야 한다.
또한, B 구조에 있어서 DNA/DNA는 일정한 조건하에 A구조로 전환될수 있음이 인정되어야 한다.
특정 골격구조를 선택하는데 있어서, 다음의 요인들이 요구된 길이에 대해 있게 되며, 따라서 고려되어야 한다.
첫째, 아미드 및 카바메이트와 같은 결합들에 대해 장애된 회전에 의해 부여되는 어떤 구조상의 제한, 둘째, 아단위 염기들이 그것들의 표적염기쌍들 상의 위치에 있을때 이들 염기들과 표적 이중가닥간 그리고 염기와 중합체 골격간에 어떤 입체적 상호작용, 셋째, 골격구조의 다른 성분들간의 입체적 상호작용, 넷째, 환식 골격부분에 대해, 아단위 골격구조의 성분 고려구조의 바람직한 구조, 예기되는 중합체 골격이 특정 표적구조(예르들면, A-형 또는 B-형)에 대한 사용을 위해 허용되기 쉬운지 아닌지 결정하는 일반적인 만족스러운 방법은 원하는 구조에서 대표적인 표적유전자 이중가닥을 CPK 분자모델과 조립하고, 거기에 H 결합된 아단위 염기와 조립한 다음 예기되는 중합체 골격을 첨가하는 것이다. 예기되는 중합체 골격이 에너지학상으로 바람직하지 못한 구조를 채택하지 않고 쉽게 부착될수 있다면, 그리고 중합체 골격의 부착이 표적구조의 상당한 동요를 일으키지 않는다면, 그리고 허용되지 않은 입체적 상호작용이 없다면 골격은 실시 가능해야 한다.
예기되는 골격구조의 적합성을 위한 추가의 지지물은 분자, 역할 프로그램을 사용하여 컴퓨터상에서 중합체/ 표적 삼중가닥을 모델링하여 에너지 최소화 과정을 통해 최적화된 결합구조를 얻음으로써 얻어질 수 있다.
이러한 모델링은 경우에 따라서 초기 CPK 모델링에서는 간과 될수도 있는 상당한 바람직하지 못한 상호작용들(예를들면, 쌍극자-쌍극자 반발)을 확인할수 있다.
상기 주목한 바와같이, 주어진 아단위 세트의 아단위 염기에 대한 R, θ및 A값들 그리고 특정 아단위구조와 아단위간 결합의 입체적 및 회전상의 제한과 같은 이러한 인자들은 주어진 구조에서 표적 이중가닥에 결합하기 위한 아단위 염기의 정확한 간격띠기를 제공하기 위해 얼마나 긴 단위골격이어야 하는지에 관계된다.
그러나, 규칙으로서, 세트의 아단위 염기가 약7옹스트롬 미만의 Ra값과 서로 약 12。내로 다발진 θ값, 그리고 서로 약 20℃내로 다발진 A값을 갖는 아단위 세트는 A-형 구조에서 표적 이중가닥에 결합을 위해 제8a도-제8c도에 나타낸 바와같이 4-원자 또는 5-원자 단위-길이 아크릴형 골격, 또는 제9a도-제9D도에 나타낸 것과 같이 6-원자 단위-길이 환형 골격을 일반적으로 요한다.
약 11.5옹스트롬 미만의 Rb값, 서로 약 9。내의 θb값, 그리고 서로 약 20。내로 다발진 A값을 갖는 아단위 염기세트는 B-형 구조에서 표적 이중가닥에 결합하기 위해 제8d도-제8e도에 나타낸 바와같이 6-원자 단위-길이 아크릴형 골격 또는 제9e도 제9e도-제9f도에 나타낸 바와같이 7-원자 단위-길이 환형 골격을 일반적으로 요한다.
그러나, 일반적으로 B구조로 존재하는 DNA/DNA 이중가닥은 A구조로 쉽게 전환될수 있음을 주목해야 한다. 이 B의 A로의 전이를 일으키는 두가지 조건은 높은 염 및 낮은 극성용매임을 주목해야 한다.
그것은 또한 표적 이중가닥의 B의 A로의 구조상의 전이는 B-형 이중가닥에 결합하기 위해 최적인 것보다 더 짧은 골격 단위-길이를 갖는 이중가닥-지향 결합중합체에 의해 유도될수 있음을 나타낸다. 그러나, 이러한 구조전이는 결합의 자유에너지에 있었서 값을 초래하며 따라서 보상을 위해 그것의 표적에 대한 결합중합체의 친화도는 따라서 증가되어야 한다. 표적 이중가닥 이 B의 A로의 구조상의 전이의 가능성 때문에 어떤 이용분야에 대해서는 A-형 표적 이중가닥에 적합한 더짧은 단위-길이 골격이 B구조에 보통 존재하는 유전자 서열을 표적 맞추기 위해 또한 사용될수 있다.
[E. 아단위 세트]
세트의 아단위 염기들이 허용가능하게 들어맞는 R, θ 및 A 값을 가질때, 그리고 길이 및 아단위 염기 부착위치 및 배향에 있어서 동일하거나 매우 유사한 아단위 골격 구조가 세트의 모든 아단위에 대해 사용될때, 그 세트의 아단위들은 선택된 이중가닥 서열을 표적맞추기 위해 어떤 원하는 순서로도 조립될 수 있다.
이러한 들어맞는 세트의 각 아단위는 표준위치에서 표준-길이 골격구조에 결합된 아단위 염기로 구성된다. 세트의 각 아단위의 아단위 염기는 그 세트의 다른 아단위의 아단위 염기의 R, θ 및 A값에 밀접하게 들어맞는 R, θ 및 A값을 갖는다.
본발명의 중요한 특징에 따라, 세트에 있어서 중합체 아단위는 다르게 배향된 염기쌍에 각각 특이적인 적어도 두개의 다른 아단위형을 함유해야 한다.
구체적으로, 세트의 적어도 두 다른 아단위의 각각의 염기는 그것의 각각의 표적 염기쌍의 대홈부위와 적어도 2개의 수소결합을 형성시키는데 효과적인데, 여기서 이들 수소결합중 하나는 상의 논의한 바와같이 표적염기쌍의 푸린 N7 질소에 있다.
세트에서 다른 아단위 또는 아단위들은 그러나 반드시 표적서열에서 배향된 염기쌍들에 높은 특이성을 가지고 결합할 필요는 없다.
따라서, 세트의 또다른 아단위가 이하에서 알수있는 바와같이 두가지 다르게 배향된 염기쌍들에 만족스럽게 결합할수도 있었다. 이러한 낮은 특이성 또는 비특이적 아단위는 (a) 중합체에서 높은 특이성 아단위들간에 요구되는 간격을 제공하고 (b) 중합체/이중가닥 착체에서 편평한 염기들간의 쌓이는 상호작용에 기여하기 위해 제공된다.
게다가, 본발명의 중요한 특징에 따르면, 중합체에서 아단위는 표적서열에서 배향된 염기쌍들의 적어도 약 70%에 결합하는 높은 특이성 염기를 제공해야 한다.
따라서, 아단위 세트가 단지 두개의 높은 특이성 염기를 포함하는 경우에 표적이중가닥서열은 이들 두 높은 특이성의 염기들에 의해 특이적으로 결합되는 적어도 70%의 배향된 염기쌍들을 함유해야 한다.
[El. C:G 및 T:A 또는 U:A배향된 염기쌍들에 대한 기본 아단위 세트
대부분의 기본 아단위 세트는 단지 C:G 및 T:A 또는 U:A 배향된 염기쌍들을 함유하는 이중가닥 유전자 서열을 표적 맞추기 위해 적합하다.
이 기본 아단위 세트의 첫번째 멤버는 C:G 배향된 염기쌍에 특이적으로 수소결합하기에 효과적인 구아닌 또는 6-티오구아닌 아단위 염기를 함유하는 높은 특이성 구아닌 아단위이다.
제10a도에 예시한 바와같이, 구아닌(또는 6-티오구아닌)은 그 표적 염기쌍의 구아닌 N7을 포함하는 C:G 배향된 염기쌍의 극성 대홈 부위에 3개의 수소결합을 형성한다.
아단위는 다양한 데옥시리보오스, 리보오스 또는 모르폴리노 골력구조의 어떤것과도 형성될수 있으며 실시예 2에 예시한 바와같이 β-입체화학적 배향에서 골격구조에 부착된 염기와 형성될수 있다.
기본세트의 두번째 멤버는 T:A 또는 U:A 배향된 염기쌍에 특이적으로 수소결합하기에 효과적인 2,6-디아민푸린 아단위염기를 함유하는 높은 특이성 디아미노푸린 아단위 이다.
제10b도에 예시한 바와같이, 2,6-디아미노푸린 염기는 그 표적 염기쌍의 아데닌 N7을 포함하는 T:A 또는 U:A 배향된 염기쌍의 극성 대홈부위에 세개의 수소결합을 형성한다. 구아닌 아단위로 한 것과같이, 골격구조에 염기의 원하는 β-입체화학적 부착을 갖는 데옥시리보오스, 리보오스 및 모르폴리노 골력구조와의 다양한 디아미노푸린 아단위도 또한 실시예2에서 예시되는 바와같이 시중 구입되는 뉴클레오티드의 변형에 의해 제조될수 있다.
CPK 분자 모델링은 구아닌과 디아미노푸린부분이 그것들의 표적염기쌍들에 효과적으로 및 특이적으로 결합해야 함을 나타내었다.
이 대홈 수소결합 방식에 추가의 지시사항은 이들 두개의 세분자 착체, C:G:G 및 U:A:D에 대해 수행된 적합도(best fit) 분석으로부터 얻어졌다.
보에트와 리치(Voet and Rich, 1970)의 힘을 다한 연구문헌은 푸린과 피리미딘의 결정성 착체의 X-선 회절연구로부터 수소결합의 길이 및 각을 표로 만들었다.
이들 표에서 NH:N 결합은 길이가 2.75 A 내지 3.15A범위이며 그들의 각이 115。 내지 145。범위이다. NH:O 결합은 길이가 2.60A 내지 3.20A 범위이며 그들의 각은 110。내지 145。범위이다.
적합도 계산에서, 왓슨/크릭 염기쌍에서 푸린과 피리미딘에 대해 사용된 구조상의 파라미터는 리치와 시맨(Rich and Seeman, 1975)에 의해 주어진 것들이다.
이들 파라미터는 원자 분해에서 분석한 ApU 및 GpC 결정(오른쪽으로 역평형 왓슨/크릭)의 X-선 회절로 부터 얻었다.
위에서 언급한 구아닌 구조상의 파라미터는 또한 제10a도에서 아단위 염기에 대해서 사용되었다. 제10b도의 2,6-디아미노푸린 아단위 염기는 사코레외(Sakore et al. 1969)에 의해 보고된 바와 같이 두개의 1-메틸티민( 한 티민은 왓슨/크릭 방식으로 결합되고 다른 티민은 역-훅스틴 방식으로 결합됨)에 수소결합된 9- 에틸-2,6-디아미노푸린의 결정성 세분자 착체의 X-선회절 연구로부터 얻은 9-에틸-2,6-디아미노푸린의 구조상의 파라미터와 본질적으로 동일한 구조상의 파라미터를 갖는 것으로, 가정되었다.
분석을 단순화하기 위해, 모든 원자가 같은 평면에 있다는 어림을 하였다.
표4는 이 분석의 결과를 제공한다. 이 표에서 시종 표준 푸린 및 피리미딘 번호 매김 시스템을 사용하고 아단위 염기-G는 제10a도의 아단위 염기(구아닌)를 나타내면 아단위 염기 -D는 제10b도의 아단위 염기(2,6-디아미노푸린)을 나타낸다. 각은 위에서 참조한 보에트와 리치에서와 같이 측정한다.
[표 4]
이 표로부터 알수 있는 바와같이, 아단위 염기/염기쌍 착체내의 모든 수소결합각 및 길이는 수소결합에 대한 확립된 각 및 길이제한내에 든다.
[E2. A:T 및 G:C 배향된 염기쌍들에 대한 스페이서 아단위
기본 구아닌 더하기 디아미노푸린 아단위 세트는쉽게 구입되는 구아노신 또는 데옥시구아노신으로 부터 쉽게 제조될수 있다.
그러나, 단지 이들 두 아단위로부터 조립되고 적어도 16개의 인접 염기쌍들의 서열에 대해 표적된 결합중합체들은 65,000염기쌍 또는 그 이상의 오다로 게놈 크기를 갖는 단지 아주 큰 바이러스들에서 표적을 갖는 것으로 예상된다.
그러나, 단지 3,200 염기쌍들의 게놈 크기를 갖는 B형 간염과 같은 아주 작은 바이러스 들도 포함하여 휠씬 더 넓은 범위의 바이러스들에 대해 표적될 수 있는 결합중합체를 갖는것이 요망된다. 실질적으로 제조비용의 증가없이 이들 결합중합체의 표적맞추기 범위를 확장시키는 한가지 효과적인 방법은 구아닌 및 디아미노푸린 고특이성 아단위 염기에 대한 표적 염기쌍들(즉, 배향된 염기쌍 C:G 및 T:A 또는 U:A)로 지배적으로(적어도 약70%)구성된 서열들을 표적 맞추는 것이다.
그러면 표적서열에 남아있는 염기쌍들(즉, 약 30% 이하 G:C 및/또는 A:T 또는 A:U)은 결합중합체에서 낮은 특이성 스페이서염기에 의해 수용될수 있는데, 이것은 주로 그 중합체가 그것의 표적 이중가닥상의 위치에 있을때 결합중합체의 인접한 아단위 염기들간의 쌓이는 상호작용의 연속성을 제공하기 위해 주로 제공된다.
이와같이, 한구체예에서 E1 단원에서 기술된 기본 아단위 세트로부터 조립된 중합체는 추가로 하나 또는 그 이상의 낮은 특이성 스페이서 아단위 염기를 포함한다.
결합중합체가 쌓인 아단위 염기들을 가지며, 그것의 표적 이중가닥상의 위치에 있을때, 스페이서 아단위 염기들(이것은 그것들의 각각의 염기쌍들에 반드시 수소결합되어 있지는 않음)은 높은 특이성 아단위 염기의 R, θ, 및 A값에 가깝게 들어맞는 R, θ, 및 A값을 가져야 한다. 구체적으로, 전체 아단위 세트에 대해, R값은 약 2Å 내에 모두 있어야하며 θ값은 약 20。내에 모두 있어야 하고 A값은 약 30。내에 모두 있어야 한다. 바람직하게는 스페이서 아단위 염기는 표적결합 특이성 및 친화도에 어떤 기여를 하도록 그것들의 각각의 표적염기쌍들에 적당한 수소결합을 또한 제공해야 한다.
표적서열이 G:C 배향된 염기쌍을 함유하는 경우에, 아단위 세트에서 한 바람직한 스페이서 아단위는 시토신 염기를 함유하는데, 이것은 G:C 및 T:A 배향된 염기쌍들에 약하게 수소결합할 수 있다.
제11a도는 G:C 염기쌍의 대홈부위에 수소결합된 시토신를 나타내며, 제11b도는 T:A 염기쌍에 수소결합된 시토신을 나타낸다.
어느경우에도 이것은 표적염기쌍의 푸린의 N7에 수소결합을 포함하지 않는다.
표적서열이 A:T 또는 A:U 배향된 염기쌍을 함유하는 경우에, 아단위 세트에 한 바람직한 스페이서 아단위는 우라실(또는 티민)염기를 함유하는데, 이것은 A:T 및 C:G배향된 염기쌍들에 약하게 수소결합할 수 있다.
제12a도는 A:T 염기쌍의 대홈 부위에 수소결합된 우라실를 나타내며, 제12b도는 C:G 염기쌍에 수소결합된 우라실을 나타낸다. 시토신 스페이서로 한 것과같이 이들 수소결합 상호작용이 어느것도 표적염기쌍의 푸린의 N7을 수반하지 않는다.
이들 두 아단위 스페이서 염기는 그것들의 표적염기쌍에 단지 낮은 특이성 및 낮은 친화도 결합을 제공하나, 그럼에도 불구하고 i) 그것들은 표적 결합된 결합 중합체에 아단위 염기 축적의 연속성을 효과적으로 제공하며, ii) 그것들은 아단위 세트의 높은 특이성 구아닌 및 디아미노푸린 아단위 염기의 R, θ, 및 A값과 허용 가능하게 들어맞는 R, θ, A값을 갖고, iii) 스페이서 아단위, 또는 거기에 가까운 전구물질이 시중구입되며 비교적 저가이다.
네가지 아단위 염기 구아닌, 디아미노푸린, 시토신 및 우라실(또는 티민)을 함유하며, 여러가지 데옥시리보오스, 리보오스 및 모르폴리노 골격구조를 갖는 아단위 세트의 합성이 실시예 2에 기술되어 있다.
실시예에 기술된 세트들은 다음의 골격구조를 갖는다.
(a) 2'-데옥시 리보오스, 제5a도, 실시예2a도에 나타냄, (b) 2'-O-메틸리보오스, 제5b도 (R=메틸), 실시예2b도에 나타냄, (c) 모르폴리노, 제6a도, 실시예 2C에 나타냄, (d) N-카르복시메틸모르폴리노-5'-아미노, 제6c도, 실시예2D에 나타냄, (e) N-카르복시메틸모르폴리노-(알파) 5'-아미노, 제6f도, 실시예2e에 나타냄, (f) 5' 카바제이트를 가진 리보오스, 제5c도, 실시예2f에 나타냄, (g) 5' 술포닐히드라지드를 가진 리보오스, 제5c도(그러나 여기서 카르보닐기는 술포닐기로 대치되어 있음), 실시예2g에 나타냄, (h) 5' 글리신아미드를 가진 리보오스, 제5c도(그러나 여기서 OCONHNH2기는 NHCOCH2NH2로 대치됨), 실시예2h에 나타냄, (i) 5'(아미노메틸)(에틸) 포스페이트를 가진 리보오스, 제5c도(그러나 여기서 OCONHNH2기는 OPO2EtCH2NH2로 대치됨), 실시예2i에 나타냄.
표5는 이 구아닌, 디아미노푸린, 시토신, 및 우라실(또는 티민) 아단위 세트의 아단위 여기들에 대한 염기쌍 특이성 및 대략의 R, θ 및 A 값을 나타낸다.
[표 5]
상기 G, D, C 및 U 또는 T아단위 세트로 제조된 결합중합체들은 또한 단일 가닥 유전자 서열에 결합하는 가능성을 가짐이 인정될 것이다.
구체적으로, 중합체는 적당한 염기서열의 단일 가닥으로된 폴리뉴클레오티드에 왓슨/크릭 짝짓기 방식으로 결합할수 있을 것이다.
중합체에서 스페이서 아단위, C 및 U 또는 T는 결합 특이성에 퇴화되어 있기 때문에, 이들 낮은 특이성 스페이서 아단위의 적어도 둘은 하나의 높은 특이성 아단위에 의해 제공된 것과 동등한 표적 특이성 수준을 제공할 것이 요구된다.
따라서, 16개의 높은 특이성 아단위 염기를 함유하는 결합 중합체는 12개의 높은 특이성 아단위 염기와 8개의 낮은 특이성 스페이서 아단위 염기를 함유하는 결합중합체와 대략 같은 표적특이성 수준을 제공한다.
[E3. A:T 및 G:C 배향된 염기쌍들에 특이적인 토오토머 아단위를 가진 아단위 세트]
또 다른 구체예에서, E1 단원에 기술된 구아닌 더하기 디아미노푸린 아단위 세트는 G:C 아니면 A:T 배향된 염기쌍들에 수소결합할수 있는 토오토머 아단위 염기를 갖는 추가의 아단위를 포함한다. 한 바람직한 염기형의 일반화된 골격 고리구조와 수소결합배열은 제13a도에 나타내었는데, 여기서 X1은 H 또는 NH2이며, X2는 H, F, 또는 C1 이고, B는 중합체 골격을 가리킨다.
제13b도-제13d도는 이하 더 논의하는 바와같이 이 토오토머 염기의 세가지 바람직한 구체예를 나타낸다.
제13d도와 다른 토오토머 형태의 염기로 표적 염기쌍에의 수소결합은 G:C 및 A:T 배향된 염기쌍들에 대해 각각 제14a도 및 제14b도에 나타내었다. 제14도로부터 알수 있는 바와같이, X2는 토오토머가 G:C 염기쌍에 수소결합될때 수소결합수용체가 될수 있어 염기쌍에 3개의 수소결합을 제공한다. 마찬가지로, X1은 토오토머가 A:T 염기쌍에 수소결합될때 수소결합 공여체가 될수있어 염기쌍에 3개의 수소결합을 제공한다.
표6은 구아닌, 디아미노푸린, 및 제14도의 아단위 염기의 아단위 염기들에 대한 염기쌍 특이성 및 대략의 R, θ 및 A 값을 나타낸다.
[표 6]
토오토머 아단위의 많은 특정구체예의 합성들은 실시예3에 기술한다. 제13b도 및 제13c도에 나타낸 구조의 합성은 2' 데옥시리보오스 골격 구조에 대해 실시예 3A에 2' O-메틸리보오스 골격에 대해 실시예 3B에 그리고 모르폴리노 골격에 대해 실시예 3C에 기술한다.
[E4. A:T 및 G:C 배향된 염기쌍들에 대한 높은 특이성 아단위를 가진 아단위 세트]
여전히 또다른 구체예에서, E1 단원에 기술된 구아닌 더하기 디아미노푸린 아단위는 염기가 G:C 배향된 염기쌍에의 수소결합에 특이적인 추가의 아단위, 또는 염기가 A:T(또는 A:U) 배향된 염기쌍에의 수소결합에 특이적인 추가의 아단위를 포함하거나, 또는 세트는 염기가 각각 G:C 배향된 염기쌍에와 A:T 또는 A:U 배향된 염기쌍에의 수소결합에 특이적인 두개의 추가 아단위를 포함한다.
제15a도는 G:C 배향된 염기쌍에 결합하기에 효과적인 일반적 유형의 염기의 고리구조 및 수소결합 배열을 나타낸다.
이 구조의 세 바람직한 구체예는 제15b도-제15d도에 나타낸다.
제16도는 G:C 표적염기쌍에 수소 결합된 제15d도에서의 구조를 나타낸다.
제15a도 및 제16도로부터 알수있는 바와같이, 제15a도 구조에서 X2위치는 염기와 그것의 표적 G:C 염기쌍간의 세개의 수소결합을 형성하기 위한 수소결합 수용체, 예를 들면, 0 일수도 있다.
모르폴리노 골격구조와 제15b도 및 제15c도의 G:C- 특이적 염기들을 갖는 아단위에 대한 합성은 실시예 4D에 기술되어 있다.
제17a도는 G:C 배향된 염기쌍을 결합하기에 효과적인 또다른 일반적 유형의 염기의 골격고리구조 및 수소결합배열을 나타낸다.
G:C 표적 염기쌍에 수소결합된 이 구조유형의 바람직한 구체예는 제17b도에 나타낸다.
모르폴리노 골격구조와 제17b도의 G:C-특이적 염기를 갖는 아단위의 합성은 실시예 4E에 기술되어 있다.
제18a도는 A:T 또는 A:U 배향된 염기쌍을 결합하기에 효과적인 일반적인 유형의 염기의 골격고리구조 및 수소결합 배열을 나타낸다.
이 구조 유형의 세 바람직한 구체예는 제18도 내지 제18d도에 나타낸다.
제19도는 A:T 표적염기쌍에 수소결합된 제18d도에서의 구조를 나타낸다.
모르폴리노 골격구조와 제18b도 및 제18c도의 A:T 또는 A:U-특이적 염기를 갖는 아단위에 대한 합성은 실시예 4C에 기술되어 있다.
염기가 단원 E1에 기술된 구아닌 및 디아미노푸린 아단위를 가지고 G:C, A:T 및 A:U 배향된 염기들에 특이적인 이 단원에 기술된 아단위는 이중가닥 핵산에서 4개의 가능한 배향된 염기쌍들 각각에 대해 높은 특이성 수소결합을 제공하는 완전한 아단위세트를 제공한다. 본 발명의 한 관점에 따라 형성된 아단위 세트는 이중가닥 표적서열에서 세개의 다른 배향된 염기쌍에 결합하기에 효과적인 이들 높은 특이성 아단위중 어떤것이든 세개를 포함할수도 있다. 예를들면, T:A, C:G 및 G:C 염기쌍들을 함유하는 표적서열에서, 선택된 아단위 세트는 공통의 또는 유사한 골격구조와, 디아미노푸린, 구아닌(또는 티오구아닌), 그리고 상기 G:C-특이적 염기중 하나를 함유하는 세 다른 아단위를 포함할 것이다. 모든 4개의 배향된 염기쌍을 함유하는 표적서열에 적합한 아단위 세트는 염기가 A:T 배향된 염기쌍에 대한 상기 높은 특이성 염기들중 하나인 아단위를 추가로 포함할 것이다.
제7은 구아닌, 디아미노푸린, 그리고 제15도, 제17도, 및 제18도의 높은 특이성 염기들로 이루어지는 아단위 염기들에 대한 염기쌍 특이성 및 대략의 R, θ및 A 값을 나타낸다.
[표 7]
표는 R, θ, 및 A 값에 관하여 이 세트의 염기들의 일반적인 적합성을 예시한다.
[Ⅱ. 중합체 제조]
이 단원은 서열 특이적 이중가닥 결합중합체를 제공하기 위한, 상기한 아단위 세트로 이루어지는 아단위의 조립을 기술한다.
[A. 중합체 서열 및 길이]
본 발명의 중합체는 정상의 숙주 유전자 서열은 불활성화 시키지 않고 주어진 병원균에 대해 필수적인 서열과 같은 표적 이중가닥 서열에 결합하여 그것을 불활성화 시키도록 설계된다. 따라서, 중합체에 의해 인식된 서열정보는 모든 정상의 숙주서열로부터 병원균 서열을 엄격하게 구별하기에 충분해야 한다.
이중가닥 핵산결합 중합체가 정상 세포서열에의 공격을 동반하는 것을 피하기 위해 질환- 특이적 서열을 인식해야하는 서열정보의 양의 합리적 추정은 다음과 같이 계산 될수 있다. 사람 게놈은 대략 30억개 염기쌍의 단일 서열 DNA를 함유한다.
30억개 염기쌍의 단일 서열 유전자 물질의 세포푸울에서 예기치 않은 표적서열을 갖지 않는다는 기대를 갖기위한 유전자 불활성화제에 대해, 그것의 표적에서 적어도 n 염기쌍을 인식하여(여기서 n은 4n= 3×109으로 계산됨), 대략 16 염기쌍의 최소 표적 인식요구조건을 제공해야 한다. 이것은 그것의 표적서열에서 16개를 넘는 염기쌍을 인식하는 유전자 불활성화 중합체는 본래의 DNA의 세포 푸울에서 표적을 갖지 않을 것이다. 명백히 표적서열에서 인식된 염기쌍의 수는 이 값을 넘어서 증가하기 때문에 중합체가 본래의 세포서열을 공격하게될 확률은 계속 감소한다.
이 약제에 의해 인식된 염기쌍의 수는 선형 증가하기 때문에 이안전인자는 지수 함수적으로 증가함이 주목할만하다.
예시를 위해, 표8은 표적서열에서 인식되는 염기쌍의 수와 단일서열 유전자 물질의 30억개 염기쌍의 푸울에서 예기치 않은 표적의 해당 예상되는 수를 도포화 한다.
[표 8]
표8의 수는 병원균 또는 병원균 상태에 대한 적당한 특이성을 달성하기 위해 이중가닥 핵산에 대한 결합제는 표적서열의 적어도 16개, 바람직하게는 18개 이상의 염기쌍을 인식해야함을 가리킨다.
표적 서열길이 이외에, 여러가지 바이러스 병원균의 실제적인 표적 맞추기를 허용하기 위해, 이중가닥 핵산에서의 얼마나 많은 4가지 가능한 배향된 염기쌍(즉, A:T, C:G, G:C 및 T:A)이 중합체 염기에 의해 특이적으로 인식되어야 하는지 고려하는 것이 중요하다.
표9는 비교적 작은바이러스 게놈(대략 HIV 프로바이러스의 크기)에서 예상되는 표적의 대략의 수를 16-아단위 중합체에서 다른 염기쌍 결합 특이성의 수의 함수로서 나타낸다. 표의 값들은 병원균 게놈의 주어진 가닥에서 푸린의 피리미딘에 대한 비율은 대략 1.0이며 염기는 효과적으로 무순이라는 가정하에 계산되었다.
[표 9]
표의 값들은 일반적으로 호모폴리머(즉, 바로 하나의 배향된 염기쌍에 대한 특이성을 갖는 아단위로 부터 조립된 중합체)는 천연 이중가닥 유전자 서열에서 어떤 실제적인 표적도 갖는것 같지 않음을 증명한다. 또한, 4개의 배향된 염기쌍중 두개에 대해서만 특이성을 갖는 바로 두개의 아단위 유형의 공중합체는 단지 아주 큰 바이러스(예를들면 헤르페스)에서 인접 16-염기쌍 표적을 갖는 것으로 예상된다.
반대로, 배향된 염기쌍중 셋 또는 넷에 대해 특이성을 갖는 아단위 세트로부터 조립된 결합제 중합체는 가장 작은 DNA 바이러스(예를들면, 단지 3200 염기쌍의 게놈크기를 갖는 B형 간염)에서도 아주 적당한 수의 표적을 갖는다.
단원Ⅰ에 기술된 바와같이, 본 발명에 따라 형성된 기본 2-아단위 세트는 두개의 다른 배향된 염기쌍들, C:G 및 T:A 또는 U:A에 특이적인 두개의 아단위를 포함한다.
여전히 또다른 구체예는 기본 두-아단위 세트에 더하여, 염기가 두개의 다른 배향된 염기쌍의 어느하나에 수소결합할수 있는 추가의 반- 특이적 아단위로 이루어진다.
상기 주목한 바와같이, 이 반- 특이적 아단위 염기는 높은 특이성 아단위 염기에 의해 인식되는 서열정보의 단지 절반을 인식하며, 따라서, 그것의 용도는 그것의 표적에 대한 적당한 특이성을 달성하기 위해 해당하는 더큰 중합체를 요할 것이다.
여전히 또다른 구체예는 기본 두- 아단위 세트에 더하여 높은 특이성 염기가 네개의 배향된 염기쌍중 바로 하나에 각각 수소결합할수 있는 하나 또는 두개의 추가의 아단위로 이루어진다. 배향된 염기쌍의 모든 네개에 대한 아단위를 함유하는 이러한 아단위 세트는 본질적으로 어떤 원하는 이중가닥 유전자 서열의 표적 맞추기를 허용한다.
[B. 아단위 활성화 및 중합체 조립]
실시예 1-5에서와 같이 제조된 아단위를 활성화시킨 다음 원하는 결합중합체를 제공하도록 조절된 서열방식으로 짝지음결합시킨다.
데옥시 리보오스함유 및 2'-O-메틸리보오스 함유 아단위에 대한 대표적인 중합체 조립 과정은 실시예 6에 기술되어 있다. 모르폴리노함유 아단위에 대한 대표적인 활성화 과정은 실시예 7에 기술되어 있고 실시예 8은 원하는 결합중합체를 제공하기 위해 고상단계적 부가를 통해 이들 활성화된 아단위를 조립하기 위한 예로든 과정을 기술하며, 실시예 9는 그것들의 정제를 기술한다.
제20도는 실시예 2C에서와 같이 제조되고 실시예 7A에서와 같이 활성화된 대표적인 모르폴리노 아단위를 사용하는 이 단계적 조립 과정의 한 아단위 부가 사이클을 예시한다.
제21도는 실시예 4A-4D에서와 같이 제조되고 실시예 7A에서와 같이 활성화된 아단위 세트로 부터 조립된 대표적인 중합체의 4- 아단위- 길이 단편을 예시한다.
[C. 산화/ 폐환/ 환원으로 이루어지는 신규한 중합체 조립]
상기한 것외에, 원하는 핵산 결합중합체를 조립하기 위해 신규한 짝지음결합 과정이 또한 사용될 수 있는데, 이중가닥 한 구체예는 제22도에 예시되어 있다.
이 과정은 다음을 수반한다 :
ⅰ) 인접 지방족 히드록실을 함유하나 유리의 1차아민은 함유하지 않는 아단위, 또는 결합된 아단위의 블록(예를들면, 제22도의 구조1)을 제공하는 단계,
ⅱ) 이들 인접 히드록실을 산화시켜 디알데히드 성분(예를들면 제22도의 구조2)을 제공하는 단계,
ⅲ) 유리의 1차 지방족 아민을 함유하는 아단위, 또는 아단위들의 블록(예를들면 제22도의 구조3, 그리고 실시예 2F-2I에서와 같이 제조된 아단위를 제공하는 단계,
ⅳ) 디알데히드 성분을 1차아민성분과 접촉시켜 모르폴리노 질소에 인접한 탄소에서 히드록실을 갖는 환식 모르폴리노 구조(예를들면 제22도의 구조4)의 형성을 통해 두성분의 짝지음결합을 실행하는 단계,
ⅴ) 짝지음결합 반응의 동안에 또는 후에 또는 중합체 조립의 완결후에, 환원제를 첨가하여 모르폴리노 질소에 인접한 탄소상의 히드록실을 제거하여 원하는 모르폴리노 고리구조(예를들면 제22도의 구조5)를 제공하는 단계,
인접- 히드록실 함유부분은 리보오스이외에 갈락토오스 또는 글루코오스와 같은것이 될수 있다. 또한, 이 짝지음결합 방법은 중합체 조립을 위한 용액상 아니면 고상 방식으로 사용될 수 있다.
또한, 산화단계 및 후속 짝지음결합 단계는 알코올 또는 물 또는 그의 혼합물에서 그리고 중성근처의 pH에서 바람직하게 수행된다.
환원은 짝지음결합의 동안에 또는 후에 수행될수 있으나, 가장 좋은 결과는 환원제, 예를들면, NaCNBH4가 짝지음결합 단계의 동안에 존재할때 얻어진다.
붕산염 착제(NaCNBH4가 환원을 위해 사용될때 발생됨)의 완전한 환원 및 붕괴는 각 짝지음결합후 또는 모든 짝지음결합이 완결된 후 수행될수 있는 3 내지 5 범위의 pH를 갖는 최종 산성 세척에 의해 가장 잘 달성된다.
실시예 10은 결합중합체의 단계적 고상 조립을 위한 이산화/ 폐환/ 환원짝지음결합 방법의 대표적인 이용을 기술한다.
[D. 중합체 변형]
본 발명의 중합체 유형의 어떤것은 약 15-20 아단위 이상의 중합체 크기에 대해 예를들면, 낮은 마이크로몰 범위로 비교적 낮은 용해도를 갖는다.
따라서 폴리에틸렌글리콜(PEG) 사슬과 같은 친수성 부분의 첨가에 의해 중합체의 용해도를 향상시키는 것이 요망될수도 있다.
이것은 한 방법에 따라 중합체 말단을 탈보호시키고 중합체를 과량의 활성화된 친수성 화합물, 예를들면 비스(p-니트로페닐) 카보네이트에 의해 활성화된 PEG와 반응시킴으로써 달성될 수 있다. 그후 결합중합체는 합성지지체로부터 절단하고 수산화암모늄으로 처리하여 염가보호기를 제거한 다음 바람직하게는 pH 10.5에서 이온교환 크로마토그라피에 의해 정제한다. 한 바람직한 친수성 분자는 약 1000달톤의 평균 분자량을 갖는 PEG(Polysciences, Inc. 및 Aldrich Chem. Co. 로부터 시중구입됨)이다.
어떤 이용분야를 위해서는 엔도시토시스를 통한 세포 흡수를 바람직하게 하기 위해 중합체를 변형시키는 것이 요망될수도 있다.
이것은 예를들면 중합체를 폴리리신과 같은 폴리양이온성 분자로 유도체화시킴으로써 행해질수도 있다. 하나 또는 그 이상의 일차아민 부분을 함유하는 이러한 분자의 짝지음결합은 염기 보호된 중합체의 디숙신 이미딜 수베레이트와 같은 2관능성 짝지음 결합제, 또는 다른 시중구입되는 약제(예를들면, Pierce Chemical company)와의 반응과 그다음 아민함유 폴리양이온성 분자를 첨가함으로써 될수도 있다.
진단시스템에의 사용을 위해, 중합체 분자가 고체지지물에 부착되어야 하는 경우에 말단 N-보호기를 절단하고(여전히 보호된 상태의 염기들을 남김), 디숙신이미딜 수베레이트와 같은 적당한 가교결합제와 반응시킨다.
그 다음 이 제제를 일차아민 부분이 말단으로된 적합한 링커아암을 함유하는 라텍스 미소입자들과 같은 지지물질에 첨가한다.
또다르게는, 지지물에의 부착에 앞서 결합중합체를 정제하는 것이 요망된다면, 메톡시트리틸-보호된 6-아미노카프로산을 DCC를 사용하여 결합중합체의 탈보호된 N-말단에 결합시킬 수 있다. 그 다음 결합 중합체를 수산화 암모늄으로 처리하여 염기를 탈보호시키고 표준방법에 의해 정제하고 말단 메톡시트리틸을 아미노카프로산 부분으로 부터 절단한다. 최종적으로 정제된 중합체를 p-니트로페닐에스테르 부분이 말단으로된 적당한 링커아암을 갖는 지지물질과 혼합하여 지지물에 중합체 분자의 공유 짝지음결합을 얻는다.
환식 골격부분을 갖는 아단위로부터 제조된 결합중합체는 표준 포스포디에스테르-결합된 폴리뉴클레오티드에 의해 나타낸 5' 에서 3' 가닥 극성에 유사한 가닥극성을 갖는다. 결과적으로 염기쌍의 주어진 헤테로머 표적서열에 대해, 두개의 결합 중합체가 제조될수 있는데, 하나는 5' 에서 3' 순서로된 염기의 적당한 서열을 가지며, 다른 것은 같은 서열의 염기를 가지나 3' 에서 5' 순서로 되어 있다.
염기쌍들의 어떤 선택된 표적서열에 대한 바람직한 중합체는 가능한 둘다의 배향으로 염기의 적당한 서열을 함유하는 두개의 결합 중합체를 조립하고 이들 두중합체를 선택된 이중가닥 표적서열에 대한 그들의 각각의 결합 친화도에 대해 시험함으로써 쉽게 결정된다. 표준 폴리뉴클레오티드에 대한 적당한 결합 배향을 결정하기 위한 유사한 방법들은 본분야 공지이다. 이들 결합중합체는 두 배향중 어느하나 또는 둘다로 그들의 표적 이중가닥을 결합할 가능성을 가짐을 인정해야 한다.
[Ⅲ. 이용]
[A. 진단학 : 이중가닥 형의 서열의 검출]
한 이용분야에서, 본 발명의 중합체는 분석물에서 이중가닥 표적핵산서열을 검출하는 진단방법에 사용된다. 표적서열은 바이러스 또는 박테리아 게놈 서열과 같은 전형적으로 병원균 특이적 서열인데, 이것은 혈액 샘플과 같은 생물학적샘플에서 검출되어야 한다.
표적서열은 상기 논의한 바와같이 요구되는 서열특이성을 제공하기 위해서는 길이가 바람직하게는 15 내지 25 아단위이다. 한 분석(assay)포맷에서, 진단시약은 이중가닥 표적 서열에 특이적으로 결합하기에 효과적인 공유 결합된 중합체에 의해 피복된 마이크로비이드와 같은 고체지지물이다. 유리형태로 박테리아 또는 바이러스로부터 분석물 이중가닥을 분리하기 위한 샘플처리후, 필요하다면, 샘플을 지지물-결합된 중합체에 분석물 이중가닥의 염기쌍 특이적 결합을 실행하기에 충분한 조건하에서 고체지지물과 접촉시킨다. 전형적으로, 결합반응은 10 분 내지 2시간 동안 20。 -37℃에서 수행된다. 미결합물질을 제거하기 위해 고체지지물을 세척한후, 지지물을 포획된 표적 이중가닥의 검출을 허용하기 위해 이 이중가닥에 결합하기에 효과적인 리포터 시약과 접촉시킨다. 리포터는 본 발명에 따라 형성된 용해성 이중가닥-결합 중합체가 될수 있는데, 이것은 분석물 이중가닥에서 제2의 분석물 특이적 표적서열에 대해 염기쌍 특이적이며, 이것은 신호검출을 위해 형광 부분과 같은 적합한 신호 기로 표지된다. 시호 기는 단원 Ⅱ에 기술된 바와같은 표준 짝지음결합 방법에 의해 중합체에 짝지음결합된다.
지지물을 세척후, 결합된 리포터를 조사하는데, 이것은 서열 특이적 결합 중합체를 통해 지지물에 결합된 분석물의 양에 비례할 것이다.
또 다르게는, 결합된 분석물 이중가닥을 함유하는 세척된 지지물을 브롬화 에티듐과 같은 핵산에 특이적인 형광삽입제와 반응시킨 다음 중합체 결합된 분석물을 그것의 형광에 의해 평가한다.
또다른 방법은 결합된 분석물 이중가닥을 함유하는 세척된 지지물을 공동 소유된 공개된 PCT 출원 No. PCT/US86/00545(WO 86/05519)에 기술된 바와같이 형광-표지된 올리고-양이온과 같은 리포터 표지된 폴리양이온성 분자와 반응시키는 것이다. 리포터 분자는 음으로 하전된 분석물 이중가닥 골격과 정전기 상호작용에 의해 결합한 고체지지물상의 실질적으로 하전되지 않은 중합체 분자를 결합하지 않는다. 밀결합된 물질을 제거하기 위해 중합체를 세척한 후, 고체지지물에 결합된 리포터는 서열-특이적 분석물/ 중합체 착체를 통해 측정된다.
[B. 인 시튜 혼성화]
많은 이용분야에서, 이중가닥으로된 이중가닥 핵산, 전형적으로 병원균과 관련되거나 염색체 DNA에서 선택된 서열과 관련된 DNA 이중가닥에서 표적서열은 인시튜 혼성화를 하게 된다.
이 방법에서, 지금까지 실시되어온 바와같이, 표지된 핵산 프로브가 투과가능하게된 구조에 첨가되고 구조는 표적 이중가닥 핵산을 변성시키기에 충분한 온도로 가열되며, 프로브 및 변성된 핵산을 적합한 혼성화 조건하에 반응하도록 허용된다.
미결합된(비 혼성화된)프로브를 제거한후, 구조를 표적핵산에 결합하는 프로브의 부위가 생물학적 구조에 위치되도록하는 리포터 표지의 존재에 대해 조사한다.
이 방법은 특이적 유전자 서열의 위치를 맵핑하고 기지의 유전자 서열들 간의거리를 결정하기 위해, 부수체 또는 반복 DNA의 염색체 분포를 연구하기 위해, 핵조직을 조사하기 위해, 염색체 변이를 분석하기 위해, 그리고 단일세포 또는 조직에서 DNA 손상을 찾아내기 위해 염색체 DNA에 널리 적용되어 왔다.
숙주세포 염색체에 통합된 바이러스 서열의 위치 찾아내기에 대한 몇가지 연구가 보고된 바있다.
이 방법은 또한 상간 염색체 지형을 연구하기 위한 디지탈 영상분석을 사용하여, 분할된 핵의 3차원 재제조에 의해서, 그리고 수은첨가 및 비오티닐화된 프로브로 더블 인시튜 혼성화에 의해서 염색체의 위치를 연구하기 위해 사용되어 왔다(Emmerich).
인 시튜 혼성화방법의 또다른 일반적 이용은 진단학적 도구로서 숙주세포에서 바이러스의 존재를 검출하기 위한 것이다.
본 발명 이용분야에서, 본 발명의 중합체는 염색체 제조와 같은 관심있는 세포 또는 아세포 구조와 관련된 특이적 이중가닥 유전자 서열을 표적맞추기 위해 설계된다.
중합체는 형광표지와 같은 적합한 표지로 유도체화 된다.
중합체는 바람직하게는 물질을 먼저 투과 가능하게 하지 않고 연구하는 구조를 함유하는 세포 또는 조직에 직접 첨가된다.
중합체는 하전되지 않기 때문에 투과 가능하게 처리할 필요없이 생체 세포에 더쉽게 침투할수 있다. 그것은 또한 뉴클레아제 분해에 견디는 이점을 제공한다.
일단 관심있는 이중가닥 표적물질과 접촉하여 염기쌍 특이적 결합이 보통의 생리학적 온도에서 일어날 수 있어 연구하는 물질의 열파괴없이 다시 정상의 세포활성의 조건하에 이중가닥표적의 검출을 허용한다.
표적 이중가닥에의 결합과 미결합된 중합체의 세척에 충분한 시간후, 연구하는 구조는 이중가닥표적서열의 부위 특이적 위치설정과 그것의 가능한 이동을 관찰하기 위해 예를들면 형광현미경에 의해 직접 조사될수도 있다.
또 다르게는 형광 바탕값을 감소시키기 위해, 물질을 예를들면, 에탄올 처리에 의해 고정시키고 미결합된 리포터를 제거하기 위해 세척하고 현미경에 의해 고정된 형을 관찰할수도 있다.
[C. 표적서열을 함유하는 이중가닥의 분리]
본 발명의 또다른 일반적인 이용은 게놈단편들의 혼합물, 선택된 바이러스 이중가닥을 함유하는 혈액샘플, 또는 배향으로 다른 이중가닥 삽입물과의 플라스미드의 혼합물과 같은 핵산 혼합물로부터 이중가닥 핵산구조를 분리하기 위한 것이다.
이 방법에서 사용되는 결합중합체는 (a) 선택된 표적 이중가닥 서열에 염기쌍 특이적 결합을 위해 설계되며 (b) 표적 이중가닥의 포획후 액체샘플로부터 분리될 수 있다.
이 목적으로, 중합체는 표적 이중가닥에 결합한 후 상기한 바와같이 고체지지물에 결합 될수도 있고 또는 고체지지물상의 포획을 허용하는 비오틴과 같은 리간드 부분으로 유도체화 될수도 있고, 또는 면역침전될수도 있다.
중합체는 샘플물질에 첨가되고 중합체의 그것의 표적서열에의 결합을 허용하는 조건하에 20。 -37°에서 전형적으로 10 분 내지 2시간 동안 배양시킨다.
결합이 일어난후, 중합체와 결합물질을 샘플로부터 분리한다.
분리된 물질은 가열에 의해 또는 카오트로픽제(chaotropic agents)에 의해 중합체로부터 분리될 수 있고 또한 필요하다면 폴리머라제 사슬반응법 및/ 또는 적합한 벡터에서 클론증식법에 의해 증폭될수도 있다.
[D. 부위특이적 DNA변형]
본 발명 중합체는 체외적으로(in vitro) 이중가닥 DNA의 선택적인 부위-특이적 변형을 일으키기 위해 또한 유용하다. 이것들은 선택된 부위에서 이중가닥종을 절단하고 제한 또는 메틸화 효소에 대해 선택된 영역을 보호하는 것을 포함할수도 있다.
후자의 이용은 재조합 DNA 기술에서 특히 유용한데, 선택된 제한 엔도뉴클레아제에 의한 절단에 대해 백터 또는 이종 DNA 서열을 보호할 수 있기에 종종 유리한 경우 또는 주어진 제한부위에서 메틸화를 선택적으로 방지하는 것이 요망되는 경우이다.
선택된 염기 서열에서 부위-특이적 절단을 일으키기 위해, 중합체는 중합체 결합된 상태에서 이중가닥 DNA를 절단할수 있는 킬레이트화된 철기와 같은 절단부분으로 유도체화 된다. 중합체 서열은 절단되는 부위에 인접하여 한 중합체 단부에서 전형적으로 짝지음결합되는 절단기를 놓도록 선택된다.
제한 또는 메틸라제 효소에 대한 이중가닥 표적서열의 선택된 영역을 보호하기 위해 중합체는 선택된 제한 효소서열을 명시하는 4-8염기쌍 서열에 결합을 위한 서열-더하기 단일 표적서열에 대한 증가된 특이성을 제공하기에 효과적인 어떤 추가의 기부염기들을 포함한다.
이중가닥물질에 중합체의 부가후, 물질은 선택된 제한 또는 메틸화 효소로 처리된다. 효소처리후, 처리된 이중가닥은 가열에 의해 탈보호된다.
[E. 치료학적이용]
본 발명의 중합체는 그들의 이중가닥 표적서열에의 결합능력에 의해, 질환과 관련된 병원균 또는 종양유전자와 같은 선택된 게놈서열들을 불활성화 또는 억제는 잠재력을 가지고 있다. 복제의 개시점과 인핸서 및 프로모터 서열은 이중가닥-지향 결합제에 의한 불활성화에 특히 민감한데, 이것은 이중가닥-지향 결합제가 복제의 개시 또는 표적된 유전자의 전사에 요구되는 표적부위를 점령할 수 있기 때문이다.
이러한 유전자-조절서열은 많은 병원균 유전자에 대해 공지이며 또한 사람에게 특징지어진 다양한 종양유전자에 대해 공지되어 있다.
어떤 치료학적 이용분야에서는 일정한 세포 또는 조직에의 전달을 좋게하거나 또는 핵과 같은 일정한 아세포세포기관에의 전달을 좋게하기 위해 결합중합체는 변형시키는 것이 바람직할 수도 있다(chelsky). 이것은 예를들면 시알릴제거된 갈라토실-함유단백질(Gregoriadis, 1975)또는 간세포에 의한 흡수를 좋게 하는 갈락토스 부분의 덩어리와 같은, 또는 쿠퍼(kupffer)세포 및 대식세포에 의한 흡수를 좋게하는 D-만노스 또는 L-퓨코스와 같은, 또는 혈액/ 뇌 장벽을 가로질러 활발히 운반될수 있게되는 인슐린 또는 관련 팹티드와 같은 적합한 신호구조에 결합중합체를 결합시킴으로써 달성될수 있다. 추가로, 결합중합체는 혈액/ 뇌 장벽을 가로지르는 전달을 향상시키기 위해, 뇌-특이적 항체와 또는 뇌-특이적 항체없이 계면활성제 미셀에 포함시킬수 있다(Kabanov).
상기 논의한 이유들 때문에, 중합체는 의도한 표적서열이외의 서열에 원하지 않는 결합의 가능성을 최소화하기 위해 적어도 16개의 염기쌍 특이적 아단위를 일반적으로 함유해야 한다. 후보 표적구조는 다양한 서열데이타 베이스에서 입수되는 바와같이 게놈서열의 분석으로부터 결정될 수 있다.
바람직한 표적구조는, (a) 균주를 가로질러 잘 보존되며, (b) 중합체를 형성하기 위해 유용한 아단위 세트와 적합성인 염기쌍 서열을 갖는 것들이다.
예를들면, 아단위 세트가 단원Ⅰ에 상술한 것과 같이 구아닌, 디아미노푸린, 그리고 하나 또는 두개의 스페이서 아단위를 포함한다면 포적서열은 바람직하게는 적어도 약 70% C:G 및 T:A 배향된 염기쌍들과 나머지는 G:C 및/ 또는 T:A를 함유한다.
예로써, 이중가닥 프로바이러스 단계에서 HIV-I 게놈을 연구하였는데, 이것에 대한 서열은 균주를 가로질러 잘 보존되며 또 지배적으로 구아닌과 2,6-디아미노푸린-함유 아단위로부터 조립된 결합중합체에 대한 적합한 표적이다.
표10은 몇가지 이러한 선택된 포적서열을 나타내며 그위에 단원 I. E2에서 기술된 유형의 두 아단위 더하기 스페이서로부터 조립된 결합중합체가 위치되어 있다.
[표 10]
표에서, -는 높은 특이성 염기쌍 결합을 나타내며 *는 낮은 특이성 염기쌍 결합을 나타낸다.
다음의 실시예들은 본 발명에 따르는 다양한 아단위, 아단위세트, 그리고 중합체를 제조하기 위한 합성방법을 상술한다.
실시예는 본 발명을 예시하는 것이며 제한되지 않는다.
[실시예 1]
[아단위 보호방법]
[A. 아단위의 염기들상의 일치 아미노기의 보호를 위한 일반적 방법]
달리표시하지 않은한, 화학약품들은 알드리치 케미칼사(Aldrich Chemical Co., Milwaikee, WI)로 부터 구입하였다.
아단위, 일반적으로 뉴클레오시드 또는 뉴클레오시드 유사체,(10mmol, 수회 피리딘과 공동증발에 의해 건조시킴)를 피리딘(50-100㎖)에 용해 또는 현탁시키고 클로로 트리메틸실란(기질에서 히드록실기당 실란 2-3당량)으로 처리한다.
용액을 1시간동안 또는 용해가 완결될때까지 교반한다(난용성인 기질은 음파분해가 사용될 수 있다). 알킬클로로포르메이트, 산염화물, 또는 무수물, 또는 다른 적합하게 활성화된 카르복실산 유도체를 첨가한다(기질에서 아미노기당 1.05-4.0 당량). 실온에서 1-24시간 동안 교반후, 반응을 0℃로 냉각시키고 피리딘/ 물의 1:1 혼합물(20㎖)로 서서히 처리한다. 용액은 진공하에 농축시키고 에틸아세테이트(또는 에테르 또는 클로로포름)에 용해시키고 물과 진탕한다.
유기층을 제거하고 생성물을 결정화 하도록 둔다.
결정화가 일어나지 않으면 용매를 제거하고 잔류물을 실리카상에서 크로마토그라피하여 N-아실화된 종을 수득한다. 유용한 대표적인 클로로포르메이트는 9-플루오레닐 메톡시카르보닐 콜로라이드, 2-(p-니트로페닐) 에톡시 카르보닐 크로라이드(Himmelsbash) 그리고 2-(페닐술포닐) 에톡시 카르보닐 클로라이드(Balgobin)를 포함한다.
대표적인 산염화물은 벤조일, 이소부티릴, 및 트리클로로아세틀을 포함한다.
대표적인 무수물은 아세트산, 이소부티르산 및 트리플루오로 아세트산 무수물이다.
다른 산유도체들은 아실 히드록시벤조트리아졸리드(아세토니트릴에서 산염화물 및 건조 히드록시벤조트리아졸로부터 제조됨), 후자는 페닐아세틸기를 도입하기 위해 유리하게 사용된다. 또 다르게는 일차 아미노기는 맥브라이드외(McBride, et al.)의 방법에 의해 아미딘으로 보호될수도 있다.
[B. 염기쌍 인식 부분에 대한 1차 디아민의 구별보호를 위한 방법]
2,6-디아미노푸린 리보시드(Pfaltz and bauer, Inc)는 실시예 1A의 일반적 방법에 의해 N-2, N-6비스-(페닐아세틸) 아미드로 전환된다.
N-6 위치에서의 아실기는 0℃에서 피리딘/ 에탄올중의 1N LiOH로 뉴클레오티드를 처리함으로써 선택적으로 절단된다. 반응혼합물을 수성 HCl로 중화하고 용매를 증발시킨다. 잔류물을 에틸아세테이트/ 에탄올로부터 재결정하거나 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제할수 있다. 미정제 생성물, 또는 정제된 뉴클레오티드를 N-6 벤조일기를 도입하기 위해 벤조일 클로라이드를 사용하는 일반적 방법에 의해 다시 아실화를 시킨다. 이 두번째 아실화를 위해서는 단지 약간 과량의 아실화제(1.05-1.2 당량)가 사용된다.
[C. 인식부분에서 옥소기의 보호를 위한 방법]
2', 3', 5'-트리-O-이소부티릴 N2-이소부티릴 데옥시구아노신을 트리츠틴저외(Trichtinger, et al.)의 방법에 의해 06 2-(p-니트로페닐)에틸 유도체로 전환시킨다.
또 다르게는, 구아노신을 카미무라외(Kamimura, et al.)의 방법에 의해 06 디페닐 카바모일 유도체로 전환시킬수도 있다. 0℃에서 암모니아(1:1 진한 수산화암모늄/DMF)또는 피리딘/ 에탄올중의 1N LiOH로 이어서 처리하여 N2-프로피오닐 06-디페닐 카바모일 구아노신을 생성시킨다. 이들 과정은 N-2 아실화된 0-4 보호된 2-아미노-4(3H)-퀸아졸린은 유도체 및 N-7 아실화된 0-9 보호된-7-아미노-9(8H)-이미다조[4,5-f] 퀸아졸린온 유도체의 제조에 적용가능하다.
[D. 일차 알코올에서 디메톡시트리틸 치환체의 도입을 위한 일반적인 방법]
알코올을 지니는 기질(10mmoℓ)을 피리딘(50-100㎖)에 용해 또는 현탁시키고 4,4'-디메톡시트리틸 클로라이드, 트리에틸아민(20 mmoℓ) 및 4-디메틸 아미노피리딘(0.5mmoℓ)로 처리한다. 실온에서 몇시간후, 혼합물을 물(5㎖)로 처리한다음찬 포화중탄산나트륨 수용액에 붓는다. 혼합물을 에틸아세테이트(또는 클로로포름)으로 추출하고 합한 유기층을 건조(황산나트륨) 및 증발시킨다.
잔유물을 실리카겔상에서 크로마토그래피하여 순수한 디메톡시트리틸화된 화합물을 얻는다.
[실시예 2]
[2-아단위 더하기 스페이서 세트의 제조]
[A. 2'-데옥시리보오스 부분을 함유하는 아단위]
다음의 5'-O-디메톡시트리틸 보호된 유도체를 시그마사(Sigma, St. Louis, MO, USA)로부터 구입한다. 즉, N-4 벤조일 데옥시시티딘, N-2이소부티릴데옥시구아노신, 티미딘.
2,6-디아미노푸린-2'-데옥시리보시드를 시그마로 부터 구입하고 실시예 1에서의 방법에 의해 일차 아미노기와 일차 히드록시기에서 보호되도록 한다.
[B. 2'-O-메틸리보오스 부분을 함유하는 아단위]
우라실, 시토신, 구아닌, 아데닌, 및 7-디아자아데닌의 2'-O-메틸리보뉴크레오시드를 로빈스외(Robins, et al. 1974)또는 세킨 외(Sekine, et al.)의 방법에 의해 얻을 수 있다.
구아노신 및 2-아미노아데노신 2'-O-메틸 에테르는 또한 로빈스외(Robins et al., 1981)의 방법에 의해 유리하게 제조된다. 그것들은 실시예 1 에서의 일반적 방법에 의해 그것들의 염기 보호된 유사체들로 전환될 수 있다(예를들면, 구아노신 유도체에 대해 N-2 이소부티릴, 2-아미노아데노신 유도체에 대해 N-2 페닐아세틸, N-6 벤조일, 시티딘 유도체에 대해 N-4 벤조일). 일차 히드록시는 실시예 1 에서와 같이 보호된다.
[C. 모르폴리노부분을 함유하는 아단위]
보호된 형태로 염기를 갖는 리보오스함유 아단위를 과요오드산염으로 산화하여 2'-3'-디알데히드로 한다. 디알데히드를 암모니아 또는 일차 아민상에서 폐환시키고 2' 및 3' 히드록실(모체리보오스에서와 같이 번호매김)을 시아노 보로하이드라이드와 환원에 의해 제거한다.
이 일반적인 합성계획의 예는 염기-보호된 시토신(Ri *)모르폴리노 아단위의 합성을 참고로 이하에 기술한다. 1.6L의 메탄올에 교반하면서 0.1몰의 N4-벤조일 시티딘과 물 100㎖에 용해된 0.105몰 과요오드산 나트륨을 첨가한다.
5분후, 0.12몰의 중붕산암모늄을 첨가하고 혼합물을 실온에서 1시간동안 교반하고 냉각시키고 여과한다. 여액에 0.12몰의 소디움 시아노보로하이드라이드를 첨가한다. 10분후, 0.2몰의 톨루엔 술폰산을 첨가한다.
또다른 30분후, 또다른 0.2몰의 톨루엔 술폰산을 첨가하고 혼합물을 냉각시키고 여과한다. 고형 침전물을 진공하에 건조시켜 유리아민의 토실레이트염을 얻는다. 톨루엔술폰산 또는 2-나프탈렌술폰산과 같은 웬만큼 강한(pKa 3)방향족산의 사용은 취급의 용이성, 상당히 개선된 수율, 및 높은 수준의 생성물 순도를 제공한다.
2,6-디아미노푸린 함유 모르폴리노 아단위의 토시레이트염의 여과도 또한 잘 적용된다. 그러나, 구아닌 함유 및 우라실함유 아단위의 토실레이트염은 일반적으로 메탄올에서 더 용해성이다.
따라서, G 및 U 아단위에 대해 메탄올은 감압하에 제거하고 잔류물은 소금물과 이소프로판올 간에 분배시킨다-원하는 생성물은 유기상으로 간다.
그 다음 염기-보호된 모르폴리노 아단위는 트리틸클로아이드를 사용하여 모르폴리노 고리의 환산 질소에서 보호되도록 할수 있다.
트리틸화 단계의 예로서, 아세토니트릴 2리터에 교반하면서 0.1몰의 상기한 토실레이트염과 이어서 0.26몰의 트리에틸아민과 0.15몰의 트리틸 클로라이드를 첨가한다.
혼합물을 실온에서 1시간동안 덮고 교반하고 그후 100㎖의 메탄올을 첨가하고 이어서 15분간 교반한다. 용매를 감압하에 제거한 다음 400㎖의 메탄올을 첨가한다.
고체를 슬러리로서 충분히 현탁시킨후, 5리터의 물을 첨가하고 혼합물을 30분간 교반하고 여과한다. 고체를 1리터의 물로 세척하고 여과하고 진공하에 건조시킨다.
고체를 500㎖의 디클로로메탄에 재현탁시키고 여과하고 침전이 바로 시작하는때까지 회전증발시키고 그후 1리터의 핵산을 첨가하고 15분간 교반한다.
고체를 여과에 의해 제거하고 진공하에 건조시킨다.
상기 방법은 유리의 5'-히드록실(모체 리보오스에서와 같이 번호매김)을 갖는 모르폴리노 질소상에서 트리틸화된 염기 보호된 모르폴리노 아단위를 수득한다.
[D. N-카르복시메틸 모르폴리노-5'-아미노부분을 함유하는 아단위]
보호된 형태로 염기쌍 인식부분을 갖는 리보오스 함유 아단위를 스티르책, 섬머톤, 및 웰러(Stirchak, Summerton, and Weller, 1987)에 의해서, 또는 이하 실시예 2E에 기술된 방법에 의해서 5'아민과 트리틸화된 5'아민으로 전환시킨다.
그 다음 상기 실시예 2C의 일반적 방법에 따라 리보오스의 인접 2' 및 3'히드록실을 과요오드산염으로 산화하여 2'-3'디알데히드를 얻는다.
디알데히드는 트리에틸아민의 존재하에 글리신장에서 폐환시킨다.
2' 및 3' 히드록실(모체 리보오스에서와 같이 번호매김)을 이어서 시아노보로하이드라이드로 환원에 의해 제거한다.
또다르게는, 디알데히드는 실시예 2C에서와 같이 암모니아상에서 폐환될수 있고 환원시킨다음 모르폴리노질소를 N,N-디에틸 아닐린으로 완충된 브로모 아세트산으로 알킬화시킨다.
이들 과정은 트리틸화된 5' 아민과 모르폴리노질소상에 카르복시메틸기를 갖는염기 보호된 모르폴리노 아단위 수득한다.
[E. N-카르복시메틸 모르폴리노- 알파(5'-아미노) 부분을 함유하는 아단위]
실시예 2C 및 2D는 5' 메틸렌이 배타배향-즉 모체 리보오스에서와 같은 배향인 모르폴리노 함유 아단위의 제조를 예시한다. 5'메틸렌이 알파 배향인 유사한 모르폴리노 함유 아단위는 다음의 일반적인 접근에 의해 제조될수 있다.
보호된 형태로 염기쌍 인식부분을 갖는 리보오스 함유 아단위의 5'히드록실은 확립된 방법(상기 실시예 2D참조)에 의해 2차 아민으로 전환된다.
그후, 상기 실시예 2C의 일반적 방법에 따라 리보오스의 인접 2' 및 3'히드록실을 과요오드산염으로 산화하여 2'-3' 디알데히드를 얻는다.
2'알데히드는 5'위치에서 (모체 리보오스에서와 같이 번호매김)2차 아민상에서 신속히 폐환된다. 그 다음 시아노보로하이드라이드로 환원시키면 환상 모르폴리노질소가 3차인 모르폴리노 고리를 함유하고 알파 배향으로 5'-알데히드를 함유하는 구조를 발생시킨다. 과량의 시아노보로하이드라이드로의 존재하에 암모니아 또는 일차아민의 후속첨가는 알파 배향으로 5' 아민 (각각 1차 또는 2차)을 발생시킨다.
상기 일반적인 전략은 N-카르복시메틸모르폴리노-알파(5'-아미노) 부분과 또한 많은 다른 유용한 변형들을 함유하는 아단위를 제조하기 위해 적용될수 있다.
리보오스 부분의 5' 위치에서 원하는 2차 아민을 도입하기 위한 한 방법은 a) 스미스, 램러, 골드버그 및 코라나(Sith, Rammler, Goldberg 및 Khoraha, 1961)의 방법에 의해서 2', 3' 히드록실을 아세탈로의 전환과, b) DMSO/피리딘/트리플루오로아세트산/디이소프필카보디이미드를 사용하여 5' 히드록실의 알데히드로의 산화(Moffat 산화), c) 이 5' 알데히드를 시아노보로하이드라이드의 존재하에 글리신(또는 글리신의 tert-부틸에스테르)과 반응시키고, 아세탈의 산 절단에 의해 2', 3' 히드록실의 재생을 수반한다.
[F. 5'-카바제이트를 가진 리보오스를 함유하는 아단위]
리보오스 함유 아단위를 다음과 같이 5' 카바제이트로 전환시킬수 있다.
보호된 상태로 염기쌍 인식부분의 환외 아민을 갖는 10 밀리몰의 리보오스 함유 아단위에 100㎖의 아니실 알데히드와 0.5g의 토스산을 첨가한다.
실온에서 48시간동안 교반한다. 반응혼합물을 500㎖헥산에 첨가하고 침전을 수집한다. 에테르로 전개시킨 실리카겔 크로마토그라피에 의해 생성물을 정제한다.
결과된 생성물은 30℃에서 8시간동안 아세토니트릴중의 2당량의 비스(p-니트로페닐) 카보네이트 더하기 2당량의 트리에틸아민과 반응시킨다.
생성물을 5% 내지 15% 아세톤/클로로포름 혼합물로 전개시킨 실리카겔크로마토그라피에 의해 정제한다. 생성물을 50℃에서 4시간동안 DMF중의 4당량의 t-부틸카바제이트와 반응 시킨다. 반응혼합물을 물에 첨가하고 침전을 수지하고 30℃에서 밤새 DMF/진한 NH4OH, 1 : 1부피비, 에 현탁시킨다.
암모늄 용액을 소금물에 첨가하고 불용성 생성물을 수집하고 진공하에 건조시킨다.
건조한 생성물을 트리플루오로 아세트산에 용해시키고 5분후, 에테르를 첨가하여 생성물을 침전시키는데, 이것은 에테르로 2회 분쇄한다. 생성물을 모든 잔류 트리플루오로아세트산을 중화하기 위해 충분한 N-에틸모르폴린을 함유하는 메탄올에 용해시키고 생성물을 다시 에테르의 첨가에 의해 침전시키고 생성물을 진공하에 건조시킨다.
원하는 5' 카바제이트 생성물을 일반적으로 N-에틸모르폴린/메탄올/클로로포름, 1:4:6부피비, 로 전개된 실시카겔 크로마토그라피에 의해 정제하거나 또는 바람직하게는 적합한 수성/유기혼합물로부터 재결정에 의해 정제할수 있다.
[G. 5'-술포닐 히드라지드를 가진 리보오스를 함유하는 아단위]
리보오스 함유 아단위는 다음과 같이 5'-술포닐히드라지드로 전환될수 있다.
보호된 상태로 염기쌍인식 부분의 환외 아민을 갖는 10 밀리몰의 리보오스 함유 아단위를 상기 실시예 2F에 기술된 바와같이 아니실아세탈 유도체로 전환시킨다.
드라이아이스에서 냉각시킨 디클로로메탄중의 10밀리몰의 술포닐클로라이드에 15밀리몰의 N,N-디에틸아닐린을 첨가한다. 그 다음 빠르게 교반하면서 디클로로메탄중의 10mMole의 N-아미노프탈이미드의 희석용액을 서서히 첨가한다.
20분후, 이 클로로술포닐히드라지드 용액 아니실아세탈 아단위 유도체를 첨가한다. 빠르게 교반하면서 30㎖의 디클로로 메탄중의 30 밀리몰의 디이소프로필에틸아민을 서서히 첨가한다. 실온에서 1시간 교반후, 감압하에 용매를 제거하고 아세톤/클로로포롬 혼합물로 전개된 실리카겔크로마토그라피에 의해 생생물을 정제한다.
그 다음 생성물을 메탄올중의 히드라진 아세테이트로 처리하고 용매를 감압하에 제거하고 DMF/진한 NH4OH 1:1부피비, 를 첨가하고 제제를 30℃에서 밤새 배양한다.
마지막으로, 생성물을 트리플루오로아세트산으로 처리하고 실시예 2F에서와 같이 만든다.
[H. 5'-글리신아미드를 가진 리보오스를 함유하는 아단위]
실시예 2E에 기술된 산화/환원 알킬화 과정에 일차아민을 리보오스-함유 아단위의 5' 위치에 도입하되, 글리신의 대신에 암모니아를 사용한다.
그 다음 이 5' 일차아민을 N-tert-부톡시카르보닐 글리신, p-니트로페닐 에스테르로 아실화시킨다. 정제후, 보호기를 DMF/ 진한 NH4OH로 처리한 다음 트리플루오로아세트산으로 처리함으로써 제거하고 최종 5'-클리신 아미드 유도체를 실시예 2F에서와 같이 만든다.
[I. 5'산소에 결합된 아미노메틸에틸인산염 기를 가진 리보오스를 함유하는 아단위]
아미노 메틸포스폰산(Aldrich Chem. Co.)을 트리에틸아민의 존재하에 트리틸클로라이드와 반응시킨다. 디-양이온성 포스포네이트 생성물, 여기서 반대이온은 트리에틸암모늄인데, 이것을 에탄올에 현탁시킨다음 디시클로헥실 카보디이미드(DCC)와 같은 카보디이미드를 첨가한다. 결과된 모노-양이온성 생성물을 물과 피리디늄 히드로클로라이드를 함유하는 클로로포름의 혼합물과 진탕시킨다. 이 과정은 피리디늄 반대이온을 갖는 모노-이온성 포스폰산을 제공한다. 이 생성물을 클로로포름에 첨가하고 이어서 염기의 환외 아민이 보호된 상태로 있고 2' 및 3'히드록실이 아니실아세탈로서 보호되어있는 리보오스 함유 아단위를 첨가한다. DCC를 아단위의 5' 산소에 포스포네이트를 짝지음결합시키기 위해 첨가한다. 생성물을 건조시키고 메탄올/클로로포름 혼합물을 사용하여 실리카겔상으로 크로마토그라피시킨다.
다음에 순수한 생성물을 DMF/진한 NH4OH, 1:1 부피비로 염기탈보호시킨 다음 트리플루오로 아세트산에 현탁시켜 트리틸 및 아니실 보호기를 제거한다.
[실시예 3]
토오토머염기를 가진 아단위의 제조
A. 2'-데옥시리보오스 부분을 함유하는 아단위
1. N-글리코실 아소인돌의 제조
4-아세틸아미노-2-메틸벤조산(Peltier)을 차거운 발연황산으로 처리하여 5-니트로화합물로 전환시킨다. 반응혼합물을 분쇄된 얼음에 붓고 고체 생성물을 여과에 의해 수집하고 DMF/물로부터 재결정에 의해 또는 실리카크로마토그라피에 의해 정제 한다. 아세트아미드를 90% 에탄올중의 1-10% NaOH 용액으로 알칼리 가수분해에 의해 제거한다. 반응혼합물을 과량의 묽은 HCℓ에 첨가하고 용매를 증발시킨다. 미정제 산을 실온에서 며칠동안 포화 메탄올성 HCℓ로 에스테르화 시킨다.
용매의 재고후 생성물을 메틸아세테이트와 포화중탄산나트륨 사이에 분배시킨다.
물로세척후 유기층을 증발시키고 잔류물을 실리카크로마토그라피에 의해 정제한다.
니트로기를 에탄올 또는 DMF에서 수소와 탄소상의 팔라듐을 사용하여 아미노로 환원 시킨다. 셀라이트를 통해 여과 및 증발후, 미정제 디아민을 환류에서 메탄올중의 브롬화 시아노겐을 사용하여 메틸 2-아미노-6-메틸벤즈이미다졸-5-카르복실레이트로 전환시킨다. 혼합물을 냉각시키고 포화 중탄산 나트륨 수용액에 붓고 고체생성물을 여과하고 재결정에 의해 정제한다.
카트리츠키(Katritzky)의 방법에 따라 환외 아미노기를 피리딘에서 프탈로일 디클로라이드와 환류시키고 이어서 디아제핀를 환류하는 아세토니트릴중의 피라졸과 반응 시킴으로써 아실화한다. 화합물을 고강도 태양등 및/또는 과산화 벤조일의 도움으로 브롬아니면 N-브로모 숙신아미드 또는 1,3-디브로모-5,5-디메틸 히단토인과 그것만으로서 또는 사염화 탄소 또는 클로로포름 또는 1,1,1-트리클로로에탄에서 반응시켜 브롬화 벤질을 얻는다. 디아제핀을 피리딘에서 이소부티릴클로 라이드로 더 아실화시켜 삼중아실화된 벤즈이미다졸 종을 생성시키는 것이 가능하다.
이것은 보통 브롬화에 앞서 행해진다.
미정제 브롬화벤질을 건조 DMF 에서 아지드화나트륨과 반응시키고 백금 또는 팔라듐상의 수소로 환원시켜 락탐을 생성시킨다.
이것은 1당량의 트리메틸실릴 트리플루오로메탄술포네이트 또는 tert-부틸디메틸실릴 트리프루오로메탄 술포네이트와 O-실리화시켜 O-실릴락팀 에테르/벤즈이미다졸 트리플루오로 메탄술포네이트염을 생성시킨다. 이것은 아오야마(Aoyama)의 방법에 의해 p-니트로페놀의 존재하에 THF 또는 아세토니트릴중의 3,5-디-O-톨루일-알파-D-에리트로펜토 푸라노실 클로라이드(Hoffer)와 반응시켜 보호된 뉴클레오시드를 얻고 이것을 실리카크로마토그라피에 의해 정제한다. 아실기는 먼저 실온에서 히드라진/에탄올과의 가히드라진 분해와 그 다음 용매의 증발과 프탈로일 잔기를 완전히 절단하기 위해 환류하는 에탄올에서 미정제 잔류물을 가열하는 것을 요하는 두단계 과정에의해 모두 제거된다. 아미노 벤즈이미다졸은 메탄올에서 4-(디메톡시메틸)-모르폴린(Bredereck et al.의 일반적 방법에 의해 4-포르밀 모르폴린으로부터 제조됨)과의 반응에 의해 보호되어 아미딘을 형성한다. 벤즈이미다졸의 나머지 반응성 부위는 실시예 1의 조건하에 염화 피발로일과의 반응에 의해 보호된다.
또 다르게는, 최종아실화는 4-(디메틸아미노) 벤조일 클로라이드와 행해질 수도 있다. 또다른 아미노 보호기는 피페리딘(10 몰%)과 메탄술포산(5몰%)의 존재하에 메탄올중의 4-(디메틸아미노) 벤즈알데히드와 탈보호된 벤즈이미다졸을 반응시킴으로써 형성된다.
결과된 이민은 아미딘에 대해서와 같이 아실화 된다.
일차 히드록실기는 실시예1에 의해서 디메톡시트리틸기로 보호된다.
[2. 2-클리코실 벤즈옥사졸의 제조]
3-아세트아미도 페놀(Aldrich Chemical Co.)을 질화시켜 2-니트로-5-아세트아미도페놀을 얻는다. 수소 및 팔라듐/탄소로 환원과 트리플루오로 아세트산 무수물 또는 트리클로로 아세트산 무수물과의 반응은 2-트리할로 아세트 아미도 유도체를 제공한다. 이것은 질화시켜 4-니트로종을 제공하며 간단한 가암모니아분해에 의해 트리할로 아세틸기를 제거하여 5-아세트아미도-2-아미노-니트로페놀을 제공한다.
2,5-무수-3,4,6-트리-O-벤조일-D-알로노티오아미드(Pickering)를 요오드화메틸 및 수소화 나트륨으로 처리하여 해당 메틸티오이미데이트를 얻는다.
또 다르게는 티오아미드를 디클로로메탄에서 디-tert-부틸 디카보네이트(Aldrich)와 4-디메틸아미노피리딘과 반응시켜 이미드를 생성시킨다.
또다르게는, 이미드는 디이소프로필 에틸아민의 존재하에 요오드화메틸 또는 메틸 트리플레이트로 처리하여 N-tert-톡시카르보닐메틸오이미데이트를 얻었다.
이들중 어떤것도 각각 방향족 1,2-디아민 또는 오르토 아미노페놀과 반응하여 데옥시 리보시드의 벤즈이미다졸 또는 벤즈옥사졸 유도체를 생성하기에 적합하다.
아미노페놀은 앞 단원으로부터의 적당한 활성화된 티오아미드와 반응시켜 2-(트리-O-벤조일-베타-데옥시리보실) 벤즈옥사졸을 생성시킨다.
N-아세틸 및 O-벤조오일기를 가암모니아분해 또는 가히드라진분해에 의해 제거하고 니트로기를 수소와 팔라듐/탄소로 환원시킨다.
방향족 디아민을 환류 메탄올에서 브롬화 시아노겐과 반응시키고 생성물 6-아미노-2-(트리-O-벤조일-베타-데옥시리보실) 이미다조[4,5-f]벤즈옥사졸 유도체를 실시예3A1에서와 같이 보호되도록하고 일차 히드록시를 실시예1에 의해서 보호되도록 한다.
[B. 리보오스 부분을 함유하는 아단위]
1. N-글리코실 이소인돌
리보오스 뉴클레오시드를 실시예3A1에서 데옥시리보뉴클레오시드에 대한 것과 같이 제조하되 O-실릴화된 락탐을 브롬화수은 또는 트리플루오로메탄술폰산 은의 존재하에 매바 외(Maeba et al.)의 방법에 의해서 벤젠에서 HBr 로 1-O- 아세틸-2,3,5-트리-O-벤조일-D-리보푸라노오스의 처리에 의해서 제조된 브롬화 리보실과 반응시킨다.
2. 2-글리코실 벤즈옥사졸
2,5-무수-3-데옥시-4,6-디-O-톨루오일-D-리보-헥사노티오아미드(Pickering)를 실시예3A2에서와 같이 메틸티오이미데이트, 이미드, 또는 N-tert-부톡시카르보닐메틸티오이미데이트로 전환시킨다. 이들중의 어떤것도 방향족 1,2-디아민 또는 오르토 아미노페놀과 반응하여 각각 리보시드의 벤즈이미다졸 또는 벤즈옥사졸 유도체를 생성하기에 적합하다.
실시예 3A2에서 같은 방법에 의해 아미노페놀을 전술한 단원으로부터의 활성화된 티오아미드와 반응시켜 벤즈옥사졸을 생성시키는데 이것은 실시예3A2 에서의 과정에 의해 보호된 뉴클레오시드로 더 전환된다.
[C. 모르폴리노 부분을 함유하는 아단위]
1. N-글리코실 이소인돌
모르폴린 뉴클레오시드를 실시예 3A1으로 부터의 O-실릴화된 락탐의 테트라아세틸알파-D-글루코피라노실 브로마이드(Sigma)와의 반응에 의해(브롬화수은 또는 트리플루오로메탄술폰산 은의 존재하에 또는 없이)제조한다.
글리코시드를 통상의 방법으로 모르폴리노 뉴클레오시드로 전환시키되 보통 양의 두배량의 과요오드산 나트륨을 사용한다. 염기보호기의 N-트리틸화(실시예 2C) 및 가히드라진분해에 따라 염기를 실시예 3A1에서와 같이 탈보호시킨다.
또다르게는, 모르폴린 뉴클레오시드는 실시예 3A1으로 부터의 브롬화 벤질을 베타-D-글루코피라노실아민(Tamura)과 반응시켜 직접 글리코실 락탐을 얻음으로써 제조된다.
이것은 통상의 과정에 의해 모르폴리노 뉴클레오시드로 전환시키되 두배량의 과요오드산 나트륨을 산화단계에서 사용해야 한다. 여기의 N-트리틸화(실시예 2C)와 가히드라진 분해에 따라, 실시예 3A1에서와 같이 탈보호를 달성시킨다.
또 다르게는 실시예 3A1으로 부터의 메틸 4-아세트아미도-2-메틸-5-니트로 벤조에이트를 실시예 3A1에서와 같이 반응시키고 베타-D-글루코피라노실아민과 반응시킨다. N-아세틸을 90% 에탄올중의 1-10% NaOH로 제거하고, 니트로를 팔라듐/탄소 및 수소로 환원시키고 아미노벤즈이미다졸을 환류 에탄올에서 브롬화시아노겐과의 반응에 의해 형성시킨다. 아미노벤즈이미다졸은 실시예 3A1 에서와 같이 보호된다.
또 다르게는, 실시예 3B1에서 제조된 리보시드를 실시예 2C에서의 과정에 따라 모르폴린-함유 아단위로 전환시킨다. 이 과정은 아미노벤즈이미다졸로부터 프탈로일기의 아세틸제거에 앞서 달성된다. 모르폴린형성 및 N-트리틸종으로서 보호후, 프탈로일기는 실시예 3A1 에서와 같이 제거된다.
모르폴린질소는 유리아민 또는 토실레이트염의 트리에틸아민을 함유하는 아세토니트릴중의 염화트릴틸과의 반응에 의해 N-트리틸로서 보호된다.
반응혼합물을 물에 붓고 고체생성물을 여과에 의해 분리하고 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
2. 2-글리코실 벤즈옥사졸
매이어(Myers)에 의해 기술된 방법에 의해 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-갈락토피라노실 브로마이드를 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-갈락토피라노실 시아나이드로 전환시키다음 피커링 외(Pckering, et al.)의 방법에 의해 해당 티오아미드로 전환 시키고 실시예 3A2에서와 같이 그것의 활성화된 티오아미드 유도체로 전환시킨다.
이것들은 1,2-디아민 또는 오르토 아미노페놀과 반응시켜 각각 갈라토시드의 벤즈이미다졸 또는 벤즈옥사졸 유도체를 생성시키기에 적합하다.
다른 헥소스 니트릴로 사작하여 유사한 방법이 사용될 수도 있다(Myers).
실시예 3B2에서와 같은 과정에 의해, 아미노페놀을 상기 단원으로부터의 활성화된 티오아미드와 반응시켜 벤즈옥사졸을 생성하고 이것을 실시예 3B2에서의 방법에 의해 N-보호된 갈라토시드로 더 전환시킨다. 이것을 통상의 방법에 의해 모르폴린 뉴클레오티드로 전솬시키되 보통 양의 두배량의 과요오드산염을 산화단계에서 사용해야 한다. N-트리틸기는 실시예 3C1에서의 방법에 의해 도입된다.
[실시예 4]
모르폴리노 골격부분을 함유하는 4-원 높은 특이성 아단위의 제조
A. CG-특이적 아단위
구아노신을 실시예1에서의 방법에 의해 2-페닐아세틸 유도체로 전환시킨다.
이것을 실시예 2C에서의 방법에 의해 모르폴린 뉴클레오시드 토실레이트염으로 전환시킨다. 이것은 트리에틸아민을 함유하는 아세토니트릴에서 트리페닐메틸 클로라이드와의 반응에 의해 트리틸화될수 있다.
반응혼합물을 물에 붓고 생성물을 여과한다.
이것을 아세토니트릴부터의 재결정에 의해 정제한다.
B. TA-특이적 아단위
2,6-디아미노푸린리보시드를 실시예 1에서의 방법에 의해 그것의 N2-페닐아세틸 N6-벤조일 유도체로 전환시킨다. 이것은 실시예 2C에서 방법에 의해 모르폴린 뉴클레오시드로 전환된다.
이것을 실시예 5A에서의 과정에 의해 트리틸화시킨다.
C. AT-특이적 인식부분
1. 2-글리코실 벤즈옥사졸
5-히드록시-2(3H)-벤즈옥사졸론(Ozdowska)을 아세트산 무수물로 아세틸화시킨다음 차거운 발연 질산으로 질화하여 6-니트로-5-아세톡시 종으로 한다.
이것을 에탄올을 용해시키고 탄산칼륨으로 처리한다음 팔라듐상에서 수소화시켜 니트로기를 아미노기로 환원시킨다.
분리된 아미노페놀을 실시예 3C로부터의 활성티오아미드 유도체와 반응시켜 6(2,3,4,6-테트라-O-아세틸-갈락토실)-옥사졸로[4,5-f]-2(3H)-벤즈옥사졸론을 얻는다.
포스포릴 클로라이드와의 반응과 이어서 가암모니아분해로 2-아미노 벤즈옥사졸을 얻는다. 이것은 통상의 방법에 의해 N-보호되어 벤조일, 이소부티릴, 아세틸, 메톡시아세틸, 페녹시아세틸 또는 트리클로로아세틸 아미드를 제조한다.
모르폴린 뉴클레오시드를 실시예2C 에서의 과정에 의해 상기 갈락토실종으로부터 제조하되 환원 아민화에 요구되는 디알데히드를 형성하기 위해 산화단계에서 통상량의 2배량의 과요오드산염을 사용한다.
후자의 단계는 통상의 방법으로 수행된다. 모르폴린을 실시예 5A 에서와 같이트리틸화하고 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
2. 2-글리코실 이소인돌
2-메틸-4-히드록시 벤조산(King)을 차거운 발연질산으로 질화하여 5-니트로 유도체를 얻고 이것을 수소분위기에서 팔라듐 촉매를 사용하여 5-아미노종으로 환원시킨다.
이것을 실시예 3A1에서의 과정에 의해 메틸에스테르로 전환시킨다.
이것을 브롬화 시아노겐을 사용하여 2-아미노벤즈옥사졸로 전환시키고 환외 아미노기를 아세틸, 메톡시아세틸, 트리클로로아세틸, 이소부티릴 또는 벤조일로 실시예1에서의 방법에 의해 아실화시킨다. 화합물을 실시예3A1에서의 방법에 의해 브롬화 벤질로 전환시킨다.
모르폴린 뉴클레오시드를 먼저 브롬화 벤질을 실시예 3C에서와 같이 베타-D-글루코피라노실아민과 반응시킴으로써 제조한다. 그 다음 보통량의 두배의 과요오드산 나트륨을 사용하는 메탄올성 과요오드산염 절단과 환원 아민화는 모프폴린 뉴클레오시드를 제공한다. 이것은 실시예 5A에서의 과정에 의해 트리틸화하고 실리카겔크로마토그라피에 의해 정제한다.
또 다르게는, 브롬화벤질을 암모니아와 반응시켜 락탐을 생성시키고 이것을 트리메틸실릴 트리플루오로메탄술포네이트 또는 ter-부틸디메틸실릴 트리풀루오로 메탄술포네이트와 2,6-디-tert-부틸피리딘으로 O-실릴화시킨다. O-실리화된 락탐을 테트라 아세틸 알파-D-글루코피라노실 브로마이드와(트리플루오로메탄술폰산 은 또는 브롬화수은과 함께 또는 없이)반응시키고 이어서 실시예 5C1에서와 같이 가암모니아분해와 일차 아미노기의 탈보호를 한다. 글리코시드를 보통의 방법으로 모르폴린 뉴클레오시드로 전환시키되 보통량의 두배의 과요오드산 나트륨을 사용한다.
모르폴린을 실시예 5A에서와 같이 트리틸화하고 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
[D. GC-특이적 아단위]
1. 2-글리코실 벤즈옥사졸
5-클로로-2,4-디니트로페놀(Carnelley)을 클로로메틸벤질에테르 및 디이소프로필에틸아민으로 처리하고 에테르를 메틸시아노아세테이트의 나트륨염(또는 말로노니트릴)으로 처리하고 이어서 아세트산에서 철로 환원시킨다.
아세탈의 절단(수소/탄소상의 팔라듐)과 실시예 3C로부터의 활성화된 티오이미드 유도체와의 반응은 피롤로 벤즈옥사졸을 생성하는데, 이것은 가암모니아분해후 실시예 1에서의 과정에 의해 염기 탈보호하여 벤조일, 이소부티릴, 아세틸, 메톡시아세틸, 페녹시 아세틸 또는 트리클로로아세틸 아미드를 제조한다.
모르폴린 뉴클레오시드를 환원아민화에 요구되는 디알데히드를 형성하기 위해 보통량의 두배의 고요오드산 나트륨과의 반응에 의해 제조한다.
후자의 단계는 보통의 방법에 의해 수행된다. 이분자는 실시예 5A에서의 방법에 의해 트리틸화하고 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
2. 2-글리코실 이소인돌
4-클로로-2-메틸벤조산(Pfaltz and Bauer Chemical Co.)을 그것의 메틸에스테르(HC ℓ/메탄올)로 전환시키고 실시예 3C에서의 과정에 의해 브롬화 벤질로 더 전환시킨다. 2당량의 암모니아와의 반응은 락탐을 제공하는데 이것을 발연질산에서 질화하여 4-니트로-5-클로로-2-옥소이소인돌을 얻는다.
위로부터의 락탐을 실시예 5C2에서와 같이 O-실릴화한다.
락탐에테르를 테트라아세틸 알파-D-글루코피라노실 브로마이드와 (트리플루오로메탄술폰산은 또는 브롬화수은의 존재하에 또는 없이)반응시킨다.
이것은 메틸시아노아세테이트의 나트륨염(또는 말로노니트릴)과 반응시키고 이어서 아세트산에서 철로 환원시킨다. 아실기는 가암모니아분해에 의해 모두 제거하고 염기는 벤조일, 이소부티릴, 아세틸, 메톡시아세틸, 페녹시아세틸 또는 트리클로로아세틸 아미드로서 통상의 방법에 의해 탈보호된다.
또다르게는, 4-클로로-2-메틸벤조산을 진한 황산에서 발연질산으로 질화하여 5-니트로 유도체를 얻는다.
실시예 3A에서의 방법에 의한 에스테르화에 이어서, 이것을 메틸시아노아세테이트의 나트륨염(또는 말로노니트릴)과 반응시키고 이어서 아세트산에서 철로 환원시킨다.
아민은 트리클로로아세트산무수물, 메톡시아세트산무수물, 아세트산무수물, 이소부티릴클로라이드 또는 벤조일 클로라이드와의 반응에 의해 보호된다.
이것을 실시예 3C에서의 방법에 의해 브롬화 벤질로 전환시킨다.
브롬화벤질은 베타-D-글루코 피라노실아민으로 처리에 의해 락탐글루코시드로 전환된다.
상기 글루코시드를 보통량의 두배의 과요오드산 나트륨을 사용하여 메탄올성 과요오드산염과 반응시키고 이어서 환원아민화하여 모르폴리노 뉴클레오시드를 얻는다.
이것은 실시예 5A에서의 과정에 의해 트리틸화하고 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
[E. 피리미도 피리딘의 합성]
5-포르밀-2'-데옥시우리딘(Barwoff and Langen)을 메탄올을 용해시키고 코레이(Corey)의 일반적 방법에 따라 시안화나트륨과 아세트산의 존재하에 이산화망간으로 처리하여 메틸에스테르를 얻는다. 에스테르를 알코올을 보호하기 위해 디이소프로필에틸 아민의 존재하에 디클로로메탄중의 tert-부틸디메틸실릴 트리플레이트와 반응시킨다.
헤테로고리를 비숍버저(Bischofberger)의 방법에 의해 활성화시킨다(NaH, 트리이소프로필벤젠술포닐 클로라이드, THF). 4-O-술폰화된 헤테로고리를 DMF중의 디이소프로필에틸아민의 존재하에 벤즈히드릴 알라닌(Aboderin)의 토실레이트로 처리하여 시토신 유도체를 얻었다. 시토실 알라닌 유도체를 포이셀과 슈미트(Poisel and Schmidt)의 일반적 방법에 의해 데히드로아미노산으로 산화시킨다(THF중의 차아염소산 tert-부틸과 이어서 THF 중의 1당량의 tert-부톡시화 칼륨). 생성물을 뜨거운 THF에서 촉매량의 tert-부톡시화칼륨으로 처리하여 피리미도피리딘을 얻는다. 벤즈히드릴 에스테를 팔라듐/탄소상의 수소를 사용하여 가수소분해에 의해 제거한다. 산을 시오이리외(Shioiri et al.)에 따라 트리에틸아민을 함유하는 벤질알코올(벤질아코올/디옥산)중의 디페닐포스포릴아자이드로 처리한다. 실릴기를 제거하기 위해 카바메이트와 HF-피리딘을 절단하기 위한 가수소 분해에 이어서 분자를 보통의 방법에 의해 트리클로로아세트아미드 또는 페닐아세트 아미드로서 N-보호되도록 한다.
유사한 방법으로, 바르울프와 랑겐(Barwolff and Langen)에서의 과정에 의해 5-메틸우리딘으로부터 제조된 5'-포르밀우리딘을 해당 피리미도 리보시드로 전환시킨다. 리보시드를 보통의 방법에 의해 모르폴린 뉴클레오시드로 전환하고 N-트리틸 유도체로서 보호되도록 한다.
[실시예 5]
N-카르복시메틸 모르폴리노-5'-아미노 골격을 함유하는 4-원 높은 특이성 아단위 세트의 제조
리보오스, 갈락토오스, 또는 글루코오스 부분을 함유하는 아단위를 실시예4 에서와 같이 제조하고, 그들 각각의 당부분을 실시예 2D에 기술된 방법에 의해 N-카르복시메틸 모르폴리노-5'-트리틸화된 아민으로 전환시킨다.
[실시예 6]
2'-O-메틸리보오스와 2'-데옥시리보오스-함유 아단위에 대한 대표적인 중합체 조립방법
보호된 2'-데옥시리보시드-함유 아단위와 보호된 2'-O-메틸리보시드-함유 아단위를 Sakataume, Yamane, Takaku, Yamamoto, Nuclec Acids Res. 1990, 18, 3327에 주어진 방법들에 의해 그것들의 해당 3'-H-포스포네이트염으로 전환하고 이 문헌에서의 방법에 의해 고체 지지물산에 중합시켰다. 중합체 사슬의 조립이 완결되었을때, 지지된 분자를 프뢸러(Froehler, Tetrahedron Lett. 1986, 27, 5575)의 방법에 의해 요오드 아니면 사염화 탄소의 존재하에 일차 또는 2차아민으로 처리한다.
포스포르아미데이트-결합된 중합체를 지지체로 부터 제거하고 가암모니아 분해를 수반하는 보통의 방법에 의해 탈보호시킨다(두번째 참고문헌 참조).
[실시예 7]
모르폴리노 함유 아단위에 대한 대표적인 활성화 방법
A. 모르폴리노 아단위의 5'-히드록실의 활성화
디메틸아미노디클로로포스페이트를 다음과 같이 제조한다.
0.2 몰의 옥시염화인 중의 0.1몰의 디메틸아민 히드로클로라이드를 함유하는 현탁액을 12시간동안 환류시킨 다음 증류한다(비점은 0.5mmHg 에서 36℃).
실시예 2C에서와 같이 제조된 모르폴리노-함유 아단위의 5' 히드록실의 활성화는 20㎖의 디클로로메탄에서 1 밀리몰의 5' 히드록실 아단위를 용해시키고 염기 탈보호하고 모르폴리노 질소상에서 트리틸화를 수반한다.
이 용액에 4밀리몰의 N,N-디에틸 아닐린과 1밀리몰의 4-메톡시 피리딘-N-옥사이드를 첨가한다. 용해후, 2밀리몰의 디메틸아미노디클로로포스페이트를 첨가한다.
두시간후, 생성물을 10% 아세톤/90% 클로로포름으로 전개시킨 실리카겔상의 크로마토그라피에 의해 분리한다. 같은 방법으로하되, 디메틸아미노디클로르포스페이트의 대신에 에틸디클로로티오포스페이트로 치환하여 유사한 용도를 갖는 활성화된 아단위를 얻는다.
B. 모르폴리노함유 아단위의 5'-아민의 활성화
실시예 2C에서와 같이 제조된 보호된 형태의 염기쌍인식부분의 환외 아미노기를 갖는 모르폴리노함유 아단위의 5'-히드록실을 다음과 같이 아민으로 전환할수 있다.
500㎖의 DMSO에 1.0몰의 피리딘(Pyr), 0.5몰의 트리플루오로아세트산(TFA), 그리고 0.1몰의 모르폴리노 아단위를 첨가한다.
혼합물을 용해될때까지 교반한다음 0.5몰의 디이소프로필 카보디이미드(DIC) 또는 디시클로헥시옥시카보디이미드(DCC)를 첨가한다. 2시간후 반응혼합물은 8리터의 빠르게 교반된 소금물에 첨가하는데, 이것을 30분간 교반하고 여과한다.
고체를 간단히 건조시키고 1리터의 차거운 헥산으로 세척하고 여과하고 고체를 1리터의 메탄올중의 0.2몰의 소디움 시아노보로하이드라이드에 첨가하고 10분간 교반하고 0.4몰의 벤조트리아졸 또는 p-니트로페놀을 첨가하고 이어서 0.2몰의 메틸아민(물중의 40%)을 첨가하고 제제를 실온에서 4시간 교반한다[주 : 벤조트리아졸 또는 p-니트로페놀은 환원 알킬화의 이미늄 단계에서 4'탄소에서의 라세미화를 방지하기 위해 반응홈합물을 완충시킨다]. 최종적으로, 반응혼합물을 5리터의 물에 붓고 좋은 침전이 형성될때까지 교반하고 고체를 수집하고 건조시킨다.
이 건조된 생성물을 그 다음 DMF에 현탁시키고 4당량의 SO3/피리딘을 착체를 첨가한다. 몇시간의 기간에 걸쳐 8당량의 트리에틸아민을 교반하면서 적가한다.
두시간 더 지난후 제제를 큰 부피의 소금물에 쏟아넣고 고체를 여과에 의해 수집하고 건조시킨다. 그 다음 이 술팜산 제제를 실리카겔 크로마토그라피에 의해 정제한다.
인식부분에서 및 모르폴리노 고리의 질소에서 보호된 황산염으로된 아단위의 트리에틸 아민염 10 밀리몰을 10㎖의 디클로로메탄에 용해시킨 다음 40 밀리몰의 피리딘을 첨가한다.
이용액을 트라이아이스베드에서 15분간 차게한 다음용액에 빠르게 교반하면서 1.1 밀리몰의 포스겐(톨루엔중의 20%)을 서서히 첨가한다. 첨가후, 용액을 실온으로 오도록 둔다음 수성 NaHCO3로 세척하고 건조시키고 클로로포름과 아세톤의 혼합물로 용리된 실리카겔상에서 크로마토그라피하여 원하는 술파밀 클로라디르를 얻는다.
C. 환상 모르폴리노 질소의 활성화
이 실시예는 5' 산소에서 보호되고 모르폴리노 고리질소에서 황산염으로된 모르폴리노 아단위의 제조를 기술한다. 실시예 2C에서와 같이 제조되나 마지막 트리틸화 단계는 수행되지 않은 모르폴리노 함유 아단위를 t-부틸디메틸실리클로라이드로 그것의 5'히드록실에서 실릴화하였다. 그 다음, 이 생성물을 디메틸포름아미드(DMF)중의 SO3/피리딘 착제(과량의 피리딘과 함께)로 처리하여 환상 모르폴리노 질소상에 술팜산을 제공한다.
실리카를 먼저 클로로포름중의 2%트리에틸아민으로 사전용이한다면 술팜산의 염을 트리에틸아민/메탄올/클로로포름 혼합물을 사용하여 실리카겔상에서 크로마토그라피할수 있음이 언급되어야 한다.
모르폴리노 질소상의 이 술팜산은 상기 실시예 7B에서와 같이 술파모일 클로라이드로 전환시키고 정제한다.
D. 모르폴리노의 N-카르복시메틸의 활성화
실시예 2D 및 2E에서 제도된 바와같은 카르복실레이트 함유 아단위를 다음과 같이 활성화한다. 10밀리몰의 아단위를 20밀리몰의 p-니트로페놀과 15 밀리몰의 디시클로헥실카보디이미들 함유하는 DMF에 용해시킨다. 1 시간후 생성물을 회전증발시킨다음 아세톤과 클로로포름의 혼합물로 전개시킨 실리카겔크로마토그라피에 의해 정제한다.
[실시예 8]
모르폴리노 함유 아단위의 대표적인 고상중합체 조립
이 실시예는 포스포로디아미데이드- 결합된, 에틸티오포스포르아미데이트- 결합된, 그리고 술파메이트- 결합된 결합중합체를 얻기위해 실시예 7A 및 7B에서와 같이 제조된 활성화된 아단위의 조립을 위해 일반적으로 적용가능한 방법을 기술한다.
짝지음결합단계가 트리플루오로메탄술폰산 은 첨가와, 디이소프로필에탄올아민의 대신에 N,N-디이소프로필-2-메톡시에틸아민의 사용을 포함하는 유사한 계획이 술파메이트-결합된 중합체를 얻기위해 실시예 7C 에서와 같이 제조된 아단위의 조립에 적합하다.
짝지음결합단계가 디클로로메탄의 대신에 디메틸포름아미드에서 수행되는 유사한 계획이 아미드-결합된 중합체를 얻기위해 실시예 7D에서와 같이 활성화된 아단위의 조립에 적합하다.
A. 링커
1% 디비닐벤젠이 가교결합된, 200 내지 400메시, 그램당 1.1밀리몰의 N인 아미노메틸 폴리스티렌수지(Catalog no. A1160, Sigma Chemical Co. 제)를 디클로로메탄에 현탁시키고 바닥에 유리원료혼합물(frit)을 갖는 1㎝ 직경 컬럼에 이동시켜 2.5㎖의 수지베드부피를 얻는다.
1 밀리몰의 비스[2-숙신이미도옥시카르보닐옥시)에틸] 술폰(Pierce Chemical Co. of Rockford, Illinois, USA)을 1밀리몰의 N-트리틸화 피페라진을 함유하는 디클로로메탄용액에 첨가한다. 2시간후 반응혼합물을 아세톤/클로로포름 혼합물로 전개시킨 실릴카겔상에서 크로마토그라피하여 모노-활성화된 베타-제거-절단기능 링커를 얻는다.
134 마이크로몰의 상기 링커를 1㎖의 디클로로메탄에 용해시키고 합성컬럼에서 수지에 첨가하고 수지현탁액을 30℃에서 3시간동안 교반한다.
다음에, 1 밀리몰의 디이소프로필아미노에탄올과 1밀리몰의 아세트산 무수물을 첨가하고 교반을 10분간 계속하고 이어서 2밀리몰의 벤질메틸아민을 첨가하고 20분간 교반한다. 컬럼을 30㎖디클로로메탄으로 세척한다. 트리틸의 분리를 기준으로 상기 과정은 전형적으로 100 내지 110마이크로몰 오다의 결합된 링커를 제공한다.
B. 짝지음결합사이클 (트리틸제거/ 짝지음결합/ 캡핑)
다음에 기술하는 짝지음결합 사이클은 원하는 아단위서열을 갖는 중합체를 생성하기에 적당한 순서로 각 아단위를 부가하기 위해 사용된다.
i) 트리틸 제거
53㎖의 디클로로메탄과 6㎖의 트리플루오로 에탄올과 1그램의 시아노아세트산을 함유하는 용액을 가한다. 이 용액을 통과시킨후 40㎖의 디클로로메탄으로 컬럼을 세척한후 4마이크로몰의 디이소프로필아미노에탄올을 함유하는 20㎖의 디클로로메탄으로 세척한다. 이 컬럼을 10㎖의 디클로로메탄으로 세척한다.
ii) 짝지음결합
120 마이크로리터의 디이소프로필아니모에탄올을 함유하는 디클로로메탄 1㎖를 활성된 아단위/(실시예 7A 또는 7B에서와 같이 제조된것) 0.25밀리몰에 가하고, 컬럼에 가한다음 37℃에서 1시간동안 교반한다. 이 컬럼을 30㎖의 디클로로메탄으로 세척한다. 주의 : 과량의 미바응 활성화된 아단위는 단순히 이 용출액에 4피부의 헥산을 가하고 여과함으로써 편리하게 회수할수 있다.
iii) 캠핑
1 밀리몰의 디이소프로필아미노에탄올과 1 밀리몰의 아세트산 무수물을 함유하는 2㎖의 디클로로메탄을 컬럼에 가하고 37℃에서 10분간 교반한다.
1 밀리몰의 벤질메틸아민을 함유하는 10㎖의 디클로로 메탄을 컬럼에 가하고, 수지배드를 37℃에서 20분간 교반한다. 이 컬럼을 30㎖의 디클로로메탄으로 세척한다.
C. 지지물로 부터의 절단 및 탈보호
모든 아단위가 상기 짝지음결합과정에 의해 첨가된 다음 2.5㎖의 디에틸말로네이트와 5㎖의 1,8-디아자 비시클로[5.4.0] 운데크-7-엔 및 43㎖의 디클로로메탄으로 구성된 용액으로 컬럼을 용리함으로써 전 길이의 중합체를 지지물로부터 분리한다.
다음에 에테르를 가하여 이 중합체를 용출액으로부터 침전시킨다.
수용성을 증진시키기 위하여 또는 표적결합 친화성을 증진시키기 위하여, 특정세포나 조직형에 의한 흡수를 용이하게 하기 위한 부분을 부가하는 것이 요구되는 경우에는 폴리스티렌 지지물로부터 절단시 생성된 2차 지방족 아민이, 중합체를 제조하는 이 단계에서 상기 부분의 부착을 위한 우수한 부위를 제공한다.
중합체 생성물은 다음에 DMF에 용해시키고 같은 부피의 진한 NH4OH를 가하고, 이제제를 잘 캡핑하여 37℃에서 18시간 배양한다. 이어서 이 제제를 감압건조하여 중합체 제제를 얻게되는바, 이 제제에서 염기쌍 인식부분이 탈보호되어 중합체 일단은 트리틸부분이 있고 타단은 2차 지방족 아민이 있으며, 이 지방족 아민은 상기한 바와같이 암모니아 처리에 앞서 유도체로 될수도 있다.
[실시예 9]
중합체 정제방법
말단트리틸기를 갖는 전길이의 중합체(전형적으로 24-아단위 길이의 중합체에 대하여 제제 총질량의 50%이상)는 254㎚에서 용출액을 광도계로 검사하며 아세토니트릴/물구배로 전개시킨 크로마토그라피 등급의 폴리프로필렌(Polysciences Inc. 로부터의 캐털로그 No. 4342)의 컬럼상에서의 저압크로마토그라피에 의하여 캡핑되자 못한 서열로부터 분리할수 있다. 중합체을 물에 현탁시킨다음, 디메틸아민으로 용액의 pH를 11로 조정하고 디메틸아민으로 용리용매도 또한 pH 11조정하면 정제가 일반적으로 더욱 잘 수행된다. 이와같은 시스템에서 트리틸화된 전-길이의 중합체는 비-트리틸-함유의 캡핑되지 못한 서열보다 인식될 정도로 나중에 용리한다.
전-길이 중합체를 함유하는 분별물을 수집하여 감압건조한다.
다음에 이 중합체 제제를 트리플루오로에탄올에 현탁시킴으로써(25㎖의 TFE에 1g중합체)트리틸 제거하고, 1.5㎖의 메르캅토아세트산을 가한다.
10분에 100㎖의 에테르를 가하고 원심분리나 여과에 의하여 최종 순수 생성물을 모은다.
[실시예 10]
신규한 산화/폐환/산화 방법에 의한 중합체 조립
A. 합성지지물
이 합성에서 사용되는 고체지지물은 친수성이어야 하나, 인접히드록실기를 갖지 않아야 한다. Macro-Prep 50CM(Bio-Rad Laboratories, Richmond, Calif., USA)의 캐털로그 No. 156-0070)의 수성슬러리를 유리원료혼합물 컬럼에 가하여 5㎖의 충전 베드 부피(약 1 밀리몰의 카르복실레이트를 함유)가 되게 한다.
이 합성지지물을 100㎖의 0.1N HC로 세척하고 다음에 50㎖의 물로 세척한다.
50㎖의 DMF(디메틸포름아미드)를 컬럼에 통과시키고 배수시킨다.
5 밀리몰의 디이소프로필카보디이드와 5 밀리몰의 p-니트로페놀을 함유하는 DMF 5㎖를 가하고 30℃에서 3시간동안 교반하면서 배양한다.
이 컬럼을 100㎖의 DMF로 세척하고, 10㎖의 DMF로 녹인 20 밀리몰의 피페라진을 가하고, 15분간 교반한다. 50㎖의 DMF로 컬럼을 세척하고 배수한다.
B. 링커와 제1아단위의 부가
5㎖의 DMF중의 리보오스(실시예 2F 에서와 같이 제조됨)의 5'에서 카바제이트 부분을 갖는 1밀리몰의 리보오스-함유 아단위에 3밀리몰의 비스[2-(숙신이미도옥시카르보닐옥시)-에틸] 술폰(Pierce Chemical Co., of Rockfoed, I11. USA)을 가하고 30℃에서 3시간동안 배향한다. 반응혼합물에 에테르를 가하고 침전물을 수집한다.
침전된 링커-아단위를 에테르로 세척하고 5㎖의 DMF에 재현착시켜서 합성지지물에 가하고 3시간동안 30℃에서 교반하면서 배양한다.
이 지지물을 50㎖의 DMF로 세척한 다음 100㎖의 물로 세척한다.
C. 짝지음결합 사이클
i) 인접 히드록실의 산화
100㎖물에 5밀리몰의 과요오드산 나트륨을 용해시키고, 컬럼에 가한후 10분간 교반한다. 50㎖의 물로 컬럼을 세척하고 배수한다.
ii) 모르폴리노 폐환/산화
2 밀리몰의 소디움 시아노보로하이드라이드로를 5㎖의 물에 용해시키고 트리메틸아세트산으로 pH를 7∼8로 조정하고, 차순위의 리보오스-함유 5-카바제이트 아단위 1.5 밀리몰을 가한다음, 합성지지물을 함유하는 컬럼에 가한다.
30분간 30℃에서 교반하면서 배양한다.
포름산을 가하여 pH fmf 3∼4로 낮추고, 30℃에서 10분간 배양한다.
100㎖의 물로 컬럼을 세척한다.
모든 아단위가 가해져서 원하는 전-길이 중합체가 얻어질때까지 이와같은 짝지음결합 사이클을 반복한다.
말단부분의 부가
수용성을 향상시키거나 또는 표적결합 친화도를 향상시키기 위하여, 또는 특정세포 또는 조직형에 의한 흡수를 용이하게 하기위한 부분을 결합중합체에 첨가하기를 원한다면, 이것은 중합체의 말단아단위의 인접히드록실을 산화시키고, 그리고 상기한 모르폴리노 폐환/환원과정에 의해, 일차 지방족 아민을 함유하는 상기 부분을 첨가함으로써 이 단계에서 편리하게 달성될수 있다.
지지물로부터의 절단
중합체의 모든 아단위와 어떤 원하는 추가 기들이 상기 짜지음결합 과정에 의해 첨가된후, 50㎖의 DMF로 컬럼을 세척한 다음 2.5㎖의 디에틸말로네이트, 5㎖의 1.8-디아자비시클로 [5.4.0] 운데크-7-엔, 및 43㎖의 DMF로 구성되는 용액으로 컬럼을 용리함으로써 중합체를 지지물로부터 절단한다.
그 다음 중합체는 에테르를 첨가함으로써 이 용출액으로부터 침전시킨다.
전길이 중합체는 254nm에서 용출액을 광도계로 모니터하며, 아세토니트릴/물 구배로 전개시킨 크로마토그라피등급 폴리프로필렌(Polysciences Inc. 로부터의 캐털로그 No. 4342)의 컬럼상에서 저압크로마토그라피에 의해 정제할 수 있다.
중합체를 물에 현탁시킨다음 용액을 디메틸아민으로 pH 11로 조절하고 용리하는 용매도 또한 디메틸아민으로 pH 11로 조절하면 정제가 일반적으로 더욱 잘 수행된다.
[실시예 11]
중합체 구조 특징화
NMR, 그리고 2차원 NMR도 이들 헤테로중합체가 어떤 상당한 길이의 것일때 이들에 대한 유용한 구조상의 정보를 거의 제공하지 못한 것으로 나타난다.
마찬가지로, 원소분석은 중요한 것으로 발견되지 못하였다.
실시예8에서와 같이 제조되고 고체지지물로부터 절단되나 아직 수산화암모늄으로 처리하지 않은 중합체는 포지티브 고속원자 충격 질량분광계에 의해 평가했을때 길이가 약 16 내지 18 아단위까지 중합체에 대해 비교적 깨끗한 모체 이온들을 일반적으로 나타낸다. 더 긴 중합체들에 대해서와 염기상의 보호기들을 결핍하는 중합체들(실시예 10에서 제조된 것과 같은것)에 대해서는 효과적인 질량 분석은 레이저 탈착 또는 일렉트로 스프레이와 같은 과정들을 요한다.
본발명은 특정 중합체 아단위, 아단위의 제조방법 및 중합체 조립에 관하여 기술하였으나 본발명으로부터 이탈하지 않고 여러가지 수정 및 변화를 가할수도 있음이 인정될 것이다.

Claims (20)

  1. 표적서열에서 선택된 위치에서, 적어도 두개의 다르게 배향된 왓슨/크릭 염기쌍을 함유하는 이중가닥 폴리뉴클레오티드의 표적서열에 서열특이적 방식으로 결합하기에 효과적인 중합체 조성물에 있어서, 다음 형태를 같는 특이적 서열의 아단위들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
    상기식에서 Y는 2- 또는 3- 원자길이의, 하전되지 않은 아단위간 결합기이며, R'는 H, OH, 또는 O- 알킬이며, 5'-메틸렌은 5원 고리에서 β입첵화학적 배향과 6-원 고리에서 균일한 입체화학적 배향을 가지며, Ri는 β입체화학적 배향을 갖고, 중합체에서 Ri 기의 적어도 약 70%는 다음의 염기쌍 특이성 기들중 둘 또는 그 이상으로부터 선택되며, 적어도 하나의 Ri는 (c)기 또는 (d)기로 부터 선택된다. (a) T:A 또는 U:A 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 2,6-디아미노 푸린, (b) C:G 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 구아닌 또는 6-티오구아닌, (C) G:C 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 다음의 골격 고리구조 와 수소결합배열을 갖는 편평한 염기들로 구성되는 군으로부터 선택되며,
    여기서 B는 중합체 골격을 가리키며, 여기서*고리위치는 수소결합 수용체기를 지닐수도 있다, 그리고 (d) A:T 또는 A:U 배향된 염기쌍에 대해, Ri는 다음의 골격고리구조 및 수소결합 배열을 갖는 편평한 염기들로 구성되는 군으로부터 선택되며,
    여기서 B는 중합체 골격을 가리키며, 여기서*고리위치는 수소결합 공여기를 지닐수도 있다.
  2. 제1항에 있어서, 다음 형태의 하나 또는 그 이상의 아단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 다음 형태의 하나 또는 그 이상의 아단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 다음 형태의 하나 또는 그 이상의 아단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  5. 제1항에 있어서, B-형 DNA-DNA 이중가닥핵산에의 서열특이적 결합에 사용하기 위한 Y결합기가 길이가 3개 원자인 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 중합체의 하나 또는 그 이상의 아단위가 다음으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 중합체의 하나 또는 그 이상의 아단위가 다음으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  8. 제1항에 있어서, A-형 이중가닥 핵산에의 서열특이적 결합에 사용하기 위한 Y결합기가 길이가 3개 원자인 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 중합체의 하나 또는 그 이상의 아단위가 다음으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 중합체의 하나 또는 그 이상의 아단위가 다음으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  11. 제1항에 있어서, Ri구조가 다음으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  12. 제1항에 있어서, G:C표적배향에 특이적인 Ri구조는 다음 염기들로 구성되는 군으로부터 선택되는 중합체.
  13. 제1항에 있어서, A:T 표적배향에 특이적인 Ri구조는 다음 염기들로 구성되는 군을부터 선택되는 중합체.
  14. 제1항에 있어서, 중합체에서 Ri기의 약 30%까지가 표적서열에서 G:C 염기쌍 배향에 해당하는 중합체 아단위에서 시토신이며 표적서열에서 A:T 염기쌍 배향에 해당하는 중합체 아단위에서 티민인 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 중합체는 수성매제에서 중합체의 용해도를 향상시키기에 효과적인 하나 또는 그 이상의 부착된 부분을 함유하는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물.
  16. 다음의 아단위 형태들중 하나를 갖는 제1의 유리 또는 중합체 말단 아단위
    (상기식에서 Ri는 두개 또는 그 이상의 수소결합부위를 갖는 편평한 고리구조임)를 다음의 아단위 형태들중 하나를 갖는 유리 또는 중합체 말단 아단위
    (상기식에서 Z는 2-원자 또는 3-원자 길이 부분임) 와 짝지음 결합시키는 방법에 있어서, i) 제1의 아단위를 산화하여 디알데히드 중간체를 발생시키는 단계, ii) 일차 아민을 디알데히들에 짝지음결합시키기에 효과적인 조건하에서 디알데히드 중간체를 제2의 아단위와 접촉시키는 단계, iii) 다음 형태들로 부터 선택된 짝지음결합된 구조를 제공하기에 효과적인 환원제를 첨가하는 단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 짝지음결합방법.
  17. 다음으로 이루어지는 선택된 서열의 염기쌍을 갖는 표적 이중가닥 핵산단편을 분리시키는 방법.
    i) 중합체 조성물은 염기쌍의 선택된 서열에의 서열 특이적 결합을 효과적인 조건하에서 용액으로부터 시약의 분리를 허용하는 중합체 시약함유 구조와 샘플을 접촉시키고 염기쌍의 선택된 서열과 서열특이적 방법으로 결합하는데 효과적인 아단위 서열을 갖는 제1항의 중합체 조성물을 이 구조에 부착시키는 단계, ii) 중합체 시약을 유체 샘츨로부터 분리하는 단계.
  18. 제17항에 있어서, 결합된 이중가닥핵산의 존재에 대해 분리된 중합체 시약을 시험하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체샘플에서 이러한 표적 단편의 존재를 검출하는데 사용하기 위한 분리방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 중합체 시약은 결합된 중합체 조성물과의 고체 지지물을 포함하며, 상기 시험은 이중가닥 DNA로 삽입에 효과적인 형광화합물을 이중가닥 핵산에 첨가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리방법.
  20. 이중가닥 폴리뉴클레오티드에서의 표적서열에 서열특이적 방식으로 결합하는데 효과적인 중합체 조성물을 형성하는데 사용하기 위한, 다음의 아단위 구조들중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아단위 조성물.
    상기식에서, R'는 H, OH, 또는 O- 알킬이며, 5'-메틸렌을 아단위형 (a), (b) 및 (d)에서 β입첵화학적 배향을 가지며 아단위형(b)에서 균일한 입체화학적 배향을 갖고, X는 수소 또는 보호기 또는 어떤 선택된 순서로 선형중합체에 아단위를 결합시키기에 적합한 결합기이며, Y는 어떤 선택된 순서로 선형중합체에 아단위를 결합시키기에 적합한 친핵성 또는 친전자성 결합기이며, X 와 Y는 함께 아단위 세트의 두 아단위가 결합될때 결과되는 아단위내 결합이 길이가 2 또는 3개 원자이고 하전되어 있지 않으며, Z는 2-원자 또는 3-원자길이 부분이며, Ri은 보호된 상태로 있을수도 있고 β입체화학적 배향을 갖는데, 다음의 골격고리구조와 수소결합 배열을 갖는 편평한 염기로 구성되는 군으로부터 선택되며, 여기서 B는 지방족 골격부분을 가리킨다.
    상기식에서*고리위치는 수소결합 수용체가 지닐수도 있으며, 또는 여기서 Ri는 다음의 골격고리구조와 수소결합배열을 갖는 편평한 염기로 구성되는 군으로 부터 선택되며, 여기서 B는 지방족 골격부분을 가리킨다.
    상기식에서*고리위치는 수소결합공여기를 지닐수도 있다.
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