DE19842527A1 - Formation of a triple helix forming oligomer comprises searching for a cytosine and/or adenine-rich region of a double-stranded DNA - Google Patents
Formation of a triple helix forming oligomer comprises searching for a cytosine and/or adenine-rich region of a double-stranded DNAInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung tripelhelixbildender Oligomere und deren Verbindungen, bei dem im vorgesehenen Abschnitt eines DNA-Doppelstranges ein Bereich mit einer geeigneten Sequenz gesucht wird, aus der die Oligomer-Sequenz abgeleitet wird.The invention relates to a method for forming triple helix-forming Oligomers and their compounds, in the section provided a region with a suitable sequence of a DNA duplex from which the oligomer sequence is derived.
Tripelhelixbildende Oligonucleotide haben unter anderen folgende Einsatzgebiete gefunden: Megabasenschneiden (Strobel S. A., Dervan P. B., Methods Enzymol 1992, 216, 309-321; Strobel S. A., Doucette-Stamm L. A., Riba L., Housman D. E., Dervan P. B., Science 1991, 254, 1639-1642; Strobel S. A., Dervan P. B., Nature 1991, 350, 172-174; Strobel S. A., Dervan P. B., Science 1990, 249, 73-75), Transkriptionsinhibierung (Hiratou T., Tsukahara S., Takai K., Koyanagi Y., Yamamoto N., Takaku H., Nucleic Acids Symp Ser 1997, 37, 221-222; Kim H. G, Reddoch J. F., Mayfield C., Ebbinghaus S., Vigneswaran N., Thomas S., Jones D. E. Jr, Miller D. M., Biochemistry 1998, 37, 2299-2304; Curcio L. D., Bouffard D. Y., Scanlon K. J., Pharmacol Ther 1997, 74, 317-332; Grigoriev M., Praseuth D., Robin P., Hemar A., Saison-Behmoaras T., Dautry-Varsat A., Thuong N. T., Helene C., Harel-Bellan A., J Biol Chem 1992, 267, 3389-3395; Duval-Valentin G., Thuong N. T., Helene C., Proc Natl Acad Sci USA 1992, 89, 504-508; Helene C., Anticancer Drug Des 1991, 6, 569-584), Mutagenitätserzeugung und -nachweis (Bacolla A., Ulrich M. J., Larson J. E., Ley T. J., Wells R. D., J Biol Chem 1995, 270, 24556-24563; Olivas W. M., Maher L. J., Biotechniques 1994, 16, 128-132; Ulrich M. J., Gray W. J., Ley T. J., J Biol Chem 1992, 267, 18649-18658), Trennverfahren bzw. Reinigung (Seeger C., Batz H. G., Orum H., Biotechniques 1997, 23, 512-517; Kiyama R., Nishikawa N., Oishi M., JMoI Biol 1994, 237, 193-200).Triple helix-forming oligonucleotides include the following Areas of application found: Mega base cutting (Strobel S. A., Dervan P. B., Methods Enzymol 1992, 216, 309-321; Strobel S.A., Doucette strain L.A., Riba L., Housman D.E., Dervan P.B., Science 1991, 254, 1639-1642; Strobel S.A., Dervan P.B., Nature 1991, 350, 172-174; Strobel S.A., Dervan P. B., Science 1990, 249, 73-75), transcription inhibition (Hiratou T., Tsukahara S., Takai K., Koyanagi Y., Yamamoto N., Takaku H., Nucleic Acids Symp Ser 1997, 37, 221-222; Kim H. G, Reddoch J. F., Mayfield C., Ebbinghaus S., Vigneswaran N., Thomas S., Jones D. E. Jr, Miller D. M., Biochemistry 1998, 37, 2299-2304; Curcio L.D., Bouffard D.Y., Scanlon K. J., Pharmacol Ther 1997, 74, 317-332; Grigoriev M., Praseuth D., Robin P., Hemar A., Saison-Behmoaras T., Dautry-Varsat A., Thuong N. T., Helene C., Harel-Bellan A., J Biol Chem 1992, 267, 3389-3395; Duval-Valentin G., Thuong N.T., Helene C., Proc Natl Acad Sci USA 1992, 89, 504-508; Helene C., Anticancer Drug Des 1991, 6, 569-584), mutagenicity generation and -Proof (Bacolla A., Ulrich M. J., Larson J. E., Ley T. J., Wells R. D., J Biol Chem 1995, 270, 24556-24563; Olivas W. M., Maher L. J., Biotechniques 1994, 16, 128-132; Ulrich M. J., Gray W. J., Ley T. J., J Biol Chem 1992, 267, 18649-18658), separation process or cleaning (Seeger C., Batz H.G., Orum H., Biotechniques 1997, 23, 512-517; Kiyama R., Nishikawa N., Oishi M., JMoI Biol 1994, 237, 193-200).
Insgesamt sind bisher folgende Typen von Nucleinsäuretripelhelices beschrieben worden.In total, the following types of nucleic acid triple helices are so far have been described.
Dieses Motiv ist durch folgenden Aufbau charakterisiert: Der Doppelstrang besteht im tripelhelikalen Teil im wesentlichen aus einem Homopurinstrang und aus einem Homopyrimidinstrang. Der dritte Strang befindet sich in der großen Furche des Doppelstranges und ist ein Homopyrimidinstrang. Dessen Sequenz ist analog, die Orientierung jedoch umgekehrt zu der des Homopyrimidinstrangs im Doppelstrang (Bartley J. P., Brown T., Lane A. N., Biochemistry 1997, 36, 14502-14511; Koshlap K. M., Schultze P., Brunar H., Dervan P. B., Feigon J., Biochemistry 1997, 36, 2659-2668; Wang E., Koshlap K. M., Gillespie P., Dervan P. B., Feigon J., J Mol Biol 1996, 257, 1052-1069; Radhakrishnan L, Patel D. J., J Mol Biol 1994, 241, 600-619; Radhakrishnan L, Patel D. J., Structure 1994, 2, 395-405; Radhakrishnan L, Patel D. J., Structure 1994, 2, 17-32; Radhakrishnan L, Patel D. J., Priestly E. S., Nash H. M., Dervan P. B., Biochemistry 1993, 32, 11228-11234).This motif is characterized by the following structure: The double strand consists in the triple helical part essentially of a homopurin strand and from a homopyrimidine strand. The third strand is in the major groove of the double strand and is a homopyrimidine strand. Whose The sequence is analogous, but the orientation is reversed from that of the Double stranded homopyrimidine (Bartley J.P., Brown T., Lane A.N., Biochemistry 1997, 36, 14502-14511; Koshlap K.M., Schultze P., Brunar H., Dervan P.B., Feigon J., Biochemistry 1997, 36, 2659-2668; Wang E., Koshlap K.M., Gillespie P., Dervan P.B., Feigon J., J Mol Biol 1996, 257, 1052-1069; Radhakrishnan L, Patel D.J., J Mol Biol 1994, 241, 600-619; Radhakrishnan L, Patel D.J., Structure 1994, 2, 395-405; Radhakrishnan L, Patel D.J., Structure 1994, 2, 17-32; Radhakrishnan L, Patel D.J., Priestly E. S., Nash H. M., Dervan P. B., Biochemistry 1993, 32, 11228-11234).
Dieses Motiv ist durch folgenden Aufbau charakterisiert: Der Doppelstrang besteht im tripelhelikalen Teil im wesentlichen aus einem Homopurinstrang und aus einem Homopyrimidinstrang. Der dritte Strang befindet sich in der großen Furche des Doppelstranges und ist ein Homopurinstrang. Dessen Sequenz ist analog, die Orientierung jedoch umgekehrt zu der des Homopurinstrangs im Doppelstrang (Ji J., Hogan M. E., Gao X., Structure 1996, 4, 425-435, Radhakrishnan L, Patel D. J., Structure 1994, 2, 395-405; This motif is characterized by the following structure: The double strand consists in the triple helical part essentially of a homopurin strand and from a homopyrimidine strand. The third strand is in the major furrow of the double strand and is a homopurine strand. Whose The sequence is analogous, but the orientation is reversed from that of the Homopurin strands in a double strand (Ji J., Hogan M. E., Gao X., Structure 1996, 4, 425-435, Radhakrishnan L, Patel D.J., Structure 1994, 2, 395-405;
Dittrich K., Gu J., Tinder R., Hogan M., Gao X., Biochemistry 1994, 33, 4111-4120; Radhakrishnan L, Patel D. J., Strueture 1993, 1, 135-152).Dittrich K., Gu J., Tinder R., Hogan M., Gao X., Biochemistry 1994, 33, 4111-4120; Radhakrishnan L, Patel D.J., Strueture 1993, 1, 135-152).
Dieses Motiv ist durch folgenden Aufbau charakterisiert: Der Doppelstrang besteht im tripelhelikalen Teil aus einem Strang reich an Purinen und aus einem komplementären Strang. Der dritte Strang befindet sich in der großen Furche des Doppelstranges und ist aus Guaninen und Thyminen aufgebaut (Radhakrishnan L, Patel D. J., Structure 1993, 1, 135-152). Beide Orien tierungen des dritten Stranges im Vergleich zum Doppelstrang sind möglich. Bei der erweiterten Mischform, die zusätzlich auch Adenine enthält, ist die Orientierung antiparallel zu dem Duplexhomopurinstrang.This motif is characterized by the following structure: The double strand consists of a strand rich in purines and in the triple helical part a complementary strand. The third strand is in the big one Furrow of the double strand and is made up of guanines and thymines (Radhakrishnan L, Patel D.J., Structure 1993, 1, 135-152). Both orias The third strand can be compared to the double strand. In the extended mixed form, which also contains adenine, the Orientation antiparallel to the duplex homopurin strand.
Den Typen 1. bis 3. ist gemeinsam, daß die Basen des dritten Stranges im wesentlichen nur mit den Basen des purinreichen Stranges im Doppelstrang in Wechselwirkung treten.The types 1 to 3 have in common that the bases of the third strand in essential only with the bases of the purine-rich strand in the double strand in Interaction.
Dieses Motiv ist durch folgenden Aufbau charakterisiert: Der Doppelstrang unterliegt im tripelhelikalen Teil keiner Sequenzbeschränkung. Der dritte Strang befindet sich in der großen Furche des Doppelstranges. Er gleicht einem der Stränge des Doppelstranges in der Orientierung und weitestgehend in der Sequenz. Die Basen des dritten Stranges treten mit den Basenpaaren des Doppelstranges in Wechselwirkung (Kiran M. R., Bansal M., J Biomol Struct Dyn 1997, 15, 333-345; Kim M. G., Zhurkin V. B., Jernigan R. L., Camerini-Otero R. D., J Mol Biol 1995, 247, 874-889; Zhurkin V. B., Raghunathan G., Ulyanov N. B., Camerini-Otero R. D., Jernigan R. L. J Mol Biol 1994, 239, 181-200).This motif is characterized by the following structure: The double strand is not subject to any sequence restriction in the triple helical part. The third Strand is in the large furrow of the double strand. It is like one of the strands of the double strand in the orientation and largely in the sequence. The bases of the third strand occur with the base pairs of the double strand interacting (Kiran M. R., Bansal M., J Biomol Struct Dyn 1997, 15, 333-345; Kim M.G., Zhurkin V.B., Jernigan R.L., Camerini-Otero R.D., J Mol Biol 1995, 247, 874-889; Zhurkin V.B., Raghunathan G., Ulyanov N.B., Camerini-Otero R.D., Jernigan R.L. J Mol Biol 1994, 239, 181-200).
Die spontane Bildung dieses Motivs aus Einzelsträngen ohne Beteiligung von Proteinen (Rekombinasen) oder Peptiden (Teilsequenzen aus den Rekombinasen, Voloshin O., Wang L., Camerini-Otero R. D.; Promotion of homologous DNA pairing by RecA-derived peptides, US 5,731,411) ist bislang nicht beschrieben worden.The spontaneous formation of this motif from single strands without the participation of Proteins (recombinases) or peptides (partial sequences from the Recombinases, Voloshin O., Wang L., Camerini-Otero R. D .; Promotion of homologous DNA pairing by RecA-derived peptides, US 5,731,411) has not been described so far.
Für die Schaffung von Oligonucleotiden geeigneter Sequenz, die spontan mit
doppelsträngiger DNA tripelhelikale Strukturen bilden, wird in dem
Zielbereich der DNA eine möglichst lange und möglichst ungestörte
Homopurin-Homopyrimidin-Sequenz gesucht:
For the creation of a suitable sequence of oligonucleotides that spontaneously form triple-helical structures with double-stranded DNA, the longest possible and undisturbed homopurin-homopyrimidine sequence is sought in the target area of the DNA:
- a) Es wird ein Oligonucleotid synthetisiert, das die gleichen Pyrimidine in der gleichen Sequenz wie der Homopyrimidinstrang aber in umgekehrter Strangorientierung enthält. Cytosine werden unter Umständen ausgetauscht gegen Analoga (5-Methylcytosin, 8-Oxoadenin, Pseudoisocytosin, 2-Amino pyridin, 5-Propinylcytosin usw.). An den Stellen, wo die Homopyrimidin sequenz durch ein Adenin unterbrochen ist, wird ein Guanin in das Oligonucleotid gesetzt; dort, wo die Homopyrimidinsequenz durch ein Guanin unterbrochen ist, wird ein Thymin oder ein Cytosin in das Oligonucleotid gesetzt odera) An oligonucleotide is synthesized which contains the same pyrimidines in the same sequence as the homopyrimidine strand but in reverse Includes strand orientation. Cytosines may be exchanged against analogues (5-methylcytosine, 8-oxoadenine, pseudoisocytosine, 2-amino pyridine, 5-propynylcytosine, etc.). Where the homopyrimidine is interrupted by an adenine, a guanine is inserted into the Oligonucleotide set; where the homopyrimidine sequence is through a Guanine is interrupted, a thymine or a cytosine is added to it Oligonucleotide set or
- b) es wird ein Oligonucleotid synthetisiert, das die gleichen Purine in der gleichen Sequenz wie der Homopurinstrang aber in umgekehrter Strangorientierung enthält. An den Stellen, wo die Homopurinsequenz durch ein Cytosin unterbrochen ist, wird ein Thymin gesetzt; dort, wo die Homopurinsequenz durch ein Thymin unterbrochen ist, wird ein Cytosin in das Oligonucleotid gesetzt. Unter Umständen werden einige oder alle Adenine durch Thymine ersetzt.b) an oligonucleotide is synthesized which contains the same purines in the same sequence as the homopurin strand but in reverse Includes strand orientation. At the places where the homopurin sequence goes through if a cytosine is interrupted, a thymine is set; where the Homopurin sequence is interrupted by a thymine, a cytosine is in set the oligonucleotide. Possibly some or all Adenine replaced by thymine.
J. R. Fresco (US 5,693,471 Triple stranded Nucleic acids) beansprucht eine Erweiterung der Vorgehensweise unter b), indem er in einer Purinsequenz im ersten Strang einem auftretenden Adenin nicht nur ein Adenin oder ein Thymin, sondern auch ein Uracil oder ein Hypoxanthin, einem Guanin nicht nur ein Guanin, sondern auch ein Cytosin oder ein Hypoxanthin gegenüberstellt, so daß der dritte Strang in dem Bereich, in dem der erste eine reine Purinsequenz hat, selber weder eine reine Homopurinsequenz noch reine Homopyrimidinsequenz hat.J.R. Fresco (US 5,693,471 Triple stranded Nucleic acids) claims one Extension of the procedure under b) by adding a purine sequence in the first strand an occurring adenine not just an adenine or an Thymine, but also a uracil or a hypoxanthine, not a guanine just a guanine, but also a cytosine or hypoxanthine so that the third strand is in the area where the first one has pure purine sequence itself, neither a pure homopurin sequence nor a pure one Homopyrimidine sequence.
Nachteile der bislang bekannten Motive:
Disadvantages of the previously known motifs:
- 1. Die Triplextypen 1.-3. sind auf Duplexsequenzen vom Aufbau Homopurin/ Homopyrimidin beschränkt. Dadurch sind alle die Gensequenzen von einer Beeinflussung durch tripelhelixbildende Oligonucleotide ausgeschlossen, die weder im codierenden noch im regulativen Bereich eine solche Sequenz ausreichender Länge aufweisen.1. The triplex types 1.-3. are on duplex sequences of homopurin / Homopyrimidine limited. This makes all the gene sequences of one Influenced by triple helix-forming oligonucleotides excluded such a sequence neither in the coding nor in the regulatory area have sufficient length.
- 2. Unter physiologischen Bedingungen ist bei den Typen 1.-4. die Stabilität in der Regel deutlich geringer als die entsprechende Duplexstabilität. Dieses bedeutet hohe Einsatzkonzentrationen von tripelhelixbildenden Oligonucleo tiden.2. Under physiological conditions, types 1.-4. the stability in usually significantly lower than the corresponding duplex stability. This means high use concentrations of triple helix-forming oligonucleo tide.
- 3. Jede Verletzung der Duplexhomosequenz führt zu Tripelhelices der Typen 1.-3., die eine geringere Stabilität haben. Das bedeutet auch, daß es zu dem entsprechenden tripelhelixbildenden Oligonucleotid stärker bindende Duplexsequenzen gibt (Nichteindeutigkeit in der Zielsequenz).3. Any violation of the duplex homosequence results in triple helices of the types 1.-3., Which have a lower stability. That also means that it does corresponding triple helix-forming oligonucleotide more binding There are duplex sequences (ambiguity in the target sequence).
- 4. Tripelhelices des Typs 1. benötigen in der Regel pH-Werte von 6 oder darunter, existieren also nicht unter physiologischen Bedingungen. Die Ursache dafür sind die Cytosine, die nur in der an N3 protonierten Form entsprechende Wasserstoffbrücken mit dem Guanin im Duplexstrang ausbilden können. Durch die Ladung der protonierten Cytosine sind Sequenzen mit benachbarten Cytosinen weniger geeignet.4. Type 1 triple helices usually require a pH of 6 or below that, they do not exist under physiological conditions. The This is due to the cytosines, which are only protonated at N3 corresponding hydrogen bonds with the guanine in the duplex can train. Due to the charge of protonated cytosines Sequences with neighboring cytosines are less suitable.
- 5. Tripelhelices des Typs 4. haben eine so geringe Stabilität, daß sie sich nicht spontan bilden. Bislang sind sie nur unter Zuhilfenahme von Proteinen (z. B. RecA aus E. coli) oder intramolekular, das heißt, durch Verknüpfen des dritten Stranges mittels eines Linkers mit dem Duplex erzeugt worden. 5. Type 4 triple helices have such a low stability that they cannot form spontaneously. So far they have only been available with the help of proteins (e.g. RecA from E. coli) or intramolecularly, that is, by linking the third strand was generated by means of a linker with the duplex.
- 6. Tripelhelixbildende Oligonucleotide entsprechend dem Typ zwei mit sehr hohem Anteil an Purinen und neigen zu konkurrierenden Komplexbildungen. Sie bilden untereinander parallelsträngige Duplexe oder bei hohem Anteil von Guanin auch Tetraplexe (Guanintetraden).6. Triple helix-forming oligonucleotides of type two with very high percentage of purines and tend to compete complexes. They form duplexes parallel to each other or with a high proportion of Guanine also tetraplexes (guanine tetrades).
Cohen J. S. und Hogan M. E. (Spektrum der Wissenschaft, 1995, 2, 28-34) schätzen, daß nur etwa jeder zweite DNA-Abschnitt die für Tripelhelix bildung notwendigen Sequenzabschnitte enthält.Cohen J. S. and Hogan M. E. (Spectrum of Science, 1995, 2, 28-34) estimate that only about every second section of DNA is for triple helix contains necessary sequence sections.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung solcher Oligomere und deren Verbindungen zu schaffen, die Tripelhelices hoher Stabilität und Selektivität mit doppelsträngiger DNA bilden unter physiologischen Bedingungen und in Bereichen, wo die Duplexsequenzen auch einen anderen als den Homopurin-Homopyrimidin-Aufbau haben.The object of the invention is a process for the formation of such oligomers and to create their connections, the triple helices of high stability and Selectivity with double-stranded DNA form under physiological Conditions and in areas where the duplex sequences are also different than the homopurine-homopyrimidine structure.
Erfindungsgemäß werden tripelhelixbildende Oligomere und deren Verbindungen erzeugt, indem aus dem DNA-Doppelstrang ein Bereich eines Nucleinsäurestranges ausgewählt wird, der reich an Cytosinen und/oder reich an Adeninen ist, und es werden Oligomere bzw. deren Verbindung synthetisiert, bei denen die Oligomersequenz mit der Sequenz des ausgewählten Bereiches des Nucleinsäurestranges, einschließlich der Strang orientierung, übereinstimmt. Somit können tripelhelixbildende Oligomere und deren Verbindungen auch für solche Nucleinsäure-Bereiche geschaffen werden, in denen weder eine Homopurin- noch eine Homopyrimidin-Sequenz vorliegt. Im Ergebnis entstehen Oligomere und deren Verbindungen, die reich an Cytosin bzw. dessen Analoga und/oder an Adenin bzw. dessen Analoga sind und die mit einem Haarnadelduplex, dessen einer Strang in Sequenz und 5'-3'-Orientierung mit dem Oligomer übereinstimmt, dreisträngige Strukturen, welche beachtliche Eigenschaften hinsichtlich Strukturstabilität und Sequenzvariabilität aufweisen können.According to the invention, triple helix-forming oligomers and their Connections created by a region of a from the DNA double strand Nucleic acid strand is selected that is rich in cytosines and / or rich is on adenines, and there are oligomers or their compound synthesized in which the oligomer sequence matches the sequence of the selected area of the nucleic acid strand, including the strand orientation, agrees. Thus, triple helix-forming oligomers and their connections also created for such nucleic acid regions in which neither a homopurine nor a homopyrimidine sequence is present. The result is oligomers and their compounds that are rich on cytosine or its analogs and / or on adenine or its analogs are with a hairpin duplex, one strand in sequence and 5'-3 'orientation matches the oligomer, three-stranded structures, what remarkable properties regarding structural stability and May have sequence variability.
In den Unteransprüchen 2 bis 11 sind vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen genannt.Advantageous method configurations are in the subclaims 2 to 11 called.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert werden.The invention is based on exemplary embodiments and Illustrations are explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1: Thermische Schmelzkurven in Summen- und Komponenten darstellung eines Einzelstrangoligonukleotids 5'-d(A12)-3' (SEQ ID- NO: 1) und eines Haarnadeloligonukleotids (Doppelstrang) 5'- d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9) Fig. 1: Thermal melting curves in sum and components illustration of a Einzelstrangoligonukleotids 5'-d (A 12) -3 '(SEQ ID NO: 1) and a Haarnadeloligonukleotids (double strand) 5'-d (A 4 C 12 T 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 9)
Fig. 2: Job-Plot bei T = 30°C des Systems gemäß Fig. 1 FIG. 2: Job plot at T = 30 ° C. of the system according to FIG. 1
Fig. 3: Konzentrationsabhängigkeit der Schmelztemperatur Tm für System gemäß Fig. 1 und einfacher Sequenzerweiterungen FIG. 3 shows concentration dependence of the melting temperature Tm for system of Figure 1 and a simple sequence extensions.
Fig. 4: Schmelztemperaturen des tripelhelikalen Komplexes aus Einzel- und aus Doppelstrang bei 2 mikromolarer Komplexkonzentration in Abhängigkeit von Basenpaar- (im Doppelstrang) und Basenaustau schen (im Einzelstrang) an geeigneten Positionen Fig. 4: melting temperatures of the triple helical complex of single and double strand at 2 micromolar complex concentration depending on base pair (in the double strand) and base exchange (in the single strand) at suitable positions
Fig. 1:
Durchgezogene Linie: Die Extinktion bei 260 nm ist als Funktion der
Celsiustemperatur aufgetragen für eine äquimolare Lösung eines
Einzelstrangoligonukleotids 5'-d(A12)-3' (SEQ ID-NO: 1) und eines Haar
nadeloligonukleotids (Doppelstrang) S'-d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9), bei
dem die beiden komplementären Stränge durch vier Cytosine miteinander
verbunden sind, in 10 mmol/l Natriumcacodylat, 200 mmol/l Natriumchlorid
und 0,1 mmol/l EDTA. Die Konzentration jedes Oligonukletids beträgt
3 µmol/l.
Gepunktete Linie: Schmelzkurve des Einzelstrangs 5'-d(A12)-3' (SEQ ID-
NO: 1) im gleichen Medium und in gleicher Konzentration, jedoch so
verschoben, daß sie bei 11°C mit der durchgezogenen Schmelzkurve
übereinstimmt.
Eng gestrichelte Linie: Schmelzkurve des Haarnadel-Doppelstranges
5'-d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9) im gleichen Medium und in gleicher
Konzentration, jedoch so verschoben, daß sie bei 11°C mit der durchgezoge
nen Schmelzkurve übereinstimmt.
Weit gestrichelte Linie: Summe der Schmelzkurven von Einzelstrang
5'-d(A12)-3' (SEQ ID-NO: 1) und Haarnadel-Doppelstrang 5'-d(A12C4T12)-3'
(SEQ ID-NO: 9) im gleichen Medium sowie in gleicher Konzentration, jedoch
so verschoben, daß sie bei 40°C mit der durchgezogenen Schmelzkurve
übereinstimmt.
Die Verschiebung beträgt lediglich 1,4% des Endniveaus. Fig. 1:
Solid line: The absorbance at 260 nm is plotted as a function of the Celsius temperature for an equimolar solution of a single-stranded oligonucleotide 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 1) and a hairpin-oligonucleotide (double-stranded) S'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 9), in which the two complementary strands are connected by four cytosines, in 10 mmol / l sodium cacodylate, 200 mmol / l sodium chloride and 0.1 mmol / l EDTA. The concentration of each oligonucleotide is 3 µmol / l.
Dotted line: Melting curve of the single strand 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID NO: 1) in the same medium and in the same concentration, but shifted so that it coincides with the solid melting curve at 11 ° C.
Narrow dashed line: melting curve of the hairpin double strand 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 9) in the same medium and in the same concentration, but shifted so that it is at 11 ° C matches the solid melting curve.
Broken line: sum of the melting curves of single strand 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 1) and hairpin double strand 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3' (SEQ ID -NO: 9) in the same medium and in the same concentration, but shifted so that it coincides with the solid melting curve at 40 ° C.
The shift is only 1.4% of the final level.
Fig. 2:
Job-Plot des Systems 5'-d(A12)-3' (SEQ ID-NO: 1) und 5'-d(A12C4T12)-3'
(SEQ ID-NO: 9) bei 30°C, Milieubedingungen wie in Fig. 1. Die Extinktions
messungen wurden doppelt oder dreifach ausgeführt. Die Summe der beiden
Oligonukleotidkonzentrationen wurde auf 4 µmol/l festgehalten. Aufgetragen
sind die Differenzen der gemittelten Meßwerte gegen eine lineare Funktion
(1-x) E(A12) + x E(A12C4T12), wobei E(A12) und E(A12C4T12) die Extinktionen
der viermikromolaren Lösungen der einzelnen Oligonukleotide sind und x
zwischen 0 und 1 variiert.
Karo, gestrichelte Linie: Messungen bei 280 nm,
Kreis, durchgezogene Linie: Messungen bei 220 nm,
Dreieck, gepunktete Linie: Messungen bei 260 nm.
Die Linien entsprechen den jeweils besten Anpassungen einer einfach
geknickten Geraden an die Meßwerte, volle Symbole sind bei der Anpassung
unberücksichtigt geblieben. Fig. 2:
Job plot of the system 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 1) and 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3' (SEQ ID-NO: 9) at 30 ° C, milieu conditions as in Fig. 1. The absorbance measurements were carried out twice or three times. The sum of the two oligonucleotide concentrations was recorded at 4 µmol / l. The differences between the averaged measured values are plotted against a linear function (1-x) E (A 12 ) + x E (A 12 C 4 T 12 ), E (A 12 ) and E (A 12 C 4 T 12 ) being the Absorbances of the four micromolar solutions of the individual oligonucleotides are and x varies between 0 and 1.
Checked, dashed line: measurements at 280 nm,
Circle, solid line: measurements at 220 nm,
Triangle, dotted line: measurements at 260 nm.
The lines correspond to the best adjustments of a simply bent straight line to the measured values, full symbols have not been taken into account in the adjustment.
Fig. 3:
a: Erste Ableitungen der geglätteten Schmelzkurven des Systems 5'-d(A12)-3'
(SEQ ID-NO: 1) und 5'-d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9), jeweils verdünnt um
den Faktor 2 in vier Schritten, multipliziert mit dem Verdünnungsfaktor (n =
1, 2, 4, 8, 16).
b: Triplexschmelztemperaturen von vier unterschiedlichen Doppelstrang-
Einzelstrang-Kombinationen aus Verdünnungsreihen als Funktion der Kon
zentration. Kontinuierliche Linien: Beste Anpassungen der Meßwerte durch
die Formel Tm = ΔH / (ΔS + R.ln(c/2)) - 273.16
(Tm ist in Celsiusgraden gegeben, die allgemeine Gaskonstante R in den
gleichen Einheiten wie ΔS).
gestrichelte Linien: zugehöriger Vertrauensschlauch (+- Standardabweichun
gen).
Volle Kreise: 5'-d(A12C4T12)-3' + 5'-d(A12)-3', (SEQ ID-NO: 9, 1)
Quadrate: 5'-d(A4TA7C4T7AT4)-3' + 5'-d(A4TA7)-3', (SEQ ID-NO: 12, 5)
Dreiecke: 5'-d(A4GA7C4T7CT4)-3' + 5'-d(A4GA7)-3', (SEQ ID-NO: 10, 3)
Karos: 5'-d(A4CA7C4T7GT4)-3' + 5'-d(A4CA7)-3', (SEQ ID-NO: 11, 4)
zusätzlich
leere Kreise: 5'-d(T12)-3' + 5'-d(A12)-3' (SEQ ID-NO: 8, 1).
Fig. 3:
a: First derivations of the smoothed melting curves of the system 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 1) and 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3' (SEQ ID-NO: 9), each diluted by a factor of 2 in four steps, multiplied by the dilution factor (n = 1, 2, 4, 8, 16).
b: Triplex melting temperatures of four different double-strand single-strand combinations from dilution series as a function of the concentration. Continuous lines: Best adjustments of the measured values by the formula Tm = ΔH / (ΔS + R.ln (c / 2)) - 273.16 (Tm is given in degrees Celsius, the general gas constant R in the same units as ΔS).
dashed lines: associated trust hose (+ - standard deviations).
Full circles: 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3 '+ 5'-d (A 12 ) -3', (SEQ ID-NO: 9, 1)
Squares: 5'-d (A 4 TA7C 4 T7AT 4 ) -3 '+ 5'-d (A 4 TA7) -3', (SEQ ID-NO: 12, 5)
Triangles: 5'-d (A 4 GA7C 4 T7CT 4 ) -3 '+ 5'-d (A 4 GA7) -3', (SEQ ID-NO: 10, 3)
Checks: 5'-d (A 4 CA7C 4 T7GT 4 ) -3 '+ 5'-d (A 4 CA7) -3', (SEQ ID-NO: 11, 4)
additionally
open circles: 5'-d (T 12 ) -3 '+ 5'-d (A 12 ) -3' (SEQ ID-NO: 8, 1).
Fig. 4:
a: System Haarnadeldoppelstrang mit der Position XY, die durch jedes
Watson-Crick-Basenpaar besetzt werden kann und Einzelstrang mit der
Position Z, die durch jede der vier gängigen Basen ersetzt werden kann.
b: Spalten beziehen sich auf das darunterstehende Watson-Crick-Basenpaar
(XY), die Symbole beziehen sich auf die Base im Einzelstrang (Z). Auf der
Ordinate sind die Tm-Werte für die jeweiligen Kombinationen Basenpaar
(XY, Spalte) und Base (Z, Symbol) abzulesen. Fig. 4:
a: System hairpin double strand with position XY, which can be occupied by any Watson-Crick base pair and single strand with position Z, which can be replaced by any of the four common bases.
b: Columns refer to the Watson-Crick base pair below (XY), the symbols refer to the base in the single strand (Z). The Tm values for the respective combinations base pair (XY, column) and base (Z, symbol) can be read off the ordinate.
In den folgenden Beispielen sind interpolierte Werte für Schmelztemperatu ren, die einer Oligonucleotidkonzentration je von zwei mikromolar entsprechen, mit Fehlern angegeben. Diese einfachen Fehler entsprechen den Standardabweichungen der für diese Konzentration berechneten Werte aus den Anpassungen der beobachteten Abhängigkeiten der Tm-Werte von den Konzentrationen gemäß der in der Legende zu Fig. 3 gegebenen Formel. Die Zahl der Freiheitsgrade liegt meist bei 2 bis 3. Für eine statistisch begründete Fehlerangabe müßten die entsprechenden Fraktilen der Studentverteilung berücksichtigt werden. Das Beispiel 12 ist in zwei unabhängigen Durchfüh rungen realisiert worden. Der Unterschied zwischen den dort gefundenen Tm- Werten von 0,5 bis 0,6 K kann als ein realistischer Fehler angenommen werden.In the following examples, interpolated values for melting temperatures, which correspond to an oligonucleotide concentration of two micromolar each, are indicated with errors. These simple errors correspond to the standard deviations of the values calculated for this concentration from the adjustments of the observed dependencies of the Tm values on the concentrations according to the formula given in the legend to FIG. 3. The number of degrees of freedom is usually 2 to 3. For a statistically justified error, the corresponding fractiles of the student distribution would have to be taken into account. Example 12 has been implemented in two independent implementations. The difference between the Tm values from 0.5 to 0.6 K found there can be assumed to be a realistic error.
Ein Einzelstrangoligonucleotid 5'-d(A4GA7)-3' (SEQ ID-NO: 3) und ein Haarnadelduplex 5'-d(A4GA7C4T7CT4)-3' (SEQ ID-NO: 10) werden äquimolar in einem Puffer gelöst, der 10 mmol/l Natriumcacodylat und 200 mmol/l Natriumchlorid sowie 0,1 mmol/l EDTA enthält. Die Absorption dieser Lösung bei 260 nm wird als Funktion der Temperatur registriert. Die so entstehende Kurve wird numerisch geglättet und abgeleitet nach der Temperatur. Das erste Maximum dieser ersten Ableitung wird als die Schmelztemperatur Tm des Komplexes aus Einzelstrang und Haarnadel duplex interpretiert. In einer 1 : 1 Verdünnungsreihe variieren die äquimolaren Konzentrationen zwischen 3,1 und 0,19 mikromolar. Für eine zweimikro molare Lösung wird ein Tm-Wert von 30,22+-0,02°C ermittelt.A single strand oligonucleotide 5'-d (A 4 GA 7 ) -3 '(SEQ ID-NO: 3) and a hairpin duplex 5'-d (A 4 GA 7 C 4 T 7 CT 4 ) -3' (SEQ ID-NO : 10) are dissolved equimolar in a buffer containing 10 mmol / l sodium cacodylate and 200 mmol / l sodium chloride and 0.1 mmol / l EDTA. The absorption of this solution at 260 nm is registered as a function of temperature. The resulting curve is smoothed numerically and derived according to the temperature. The first maximum of this first derivative is interpreted as the melting temperature Tm of the complex consisting of single strand and duplex hairpin. In a 1: 1 dilution series, the equimolar concentrations vary between 3.1 and 0.19 micromolar. A Tm value of 30.22 + -0.02 ° C is determined for a two-micro molar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d(A7GA4)-3' (SEQ ID-NO: 2). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Haarnadelduplex variieren in der Konzentration zwischen 3,15 und 0,20 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 20,11+-0,05°C ermittelt.The single strand is 5'-d (A 7 GA 4 ) -3 '(SEQ ID-NO: 2). The equimolar solutions with the same hairpin duplex vary in concentration between 3.15 and 0.20 micromolar. A Tm value of 20.11 + -0.05 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d(A12)-3' (SEQ ID-NO: 1), der Haarnadelduplex 5'- d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9). Die äquimolaren Lösungen variieren in der Konzentration zwischen 3,0 und 0,19 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 31,78+-0,24°C ermittelt.The single strand is 5'-d (A 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 1), the hairpin duplex 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3' (SEQ ID-NO: 9). The equimolar solutions vary in concentration between 3.0 and 0.19 micromolar. A Tm of 31.78 + -0.24 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d(A4CA7)-3' (SEQ ID-NO: 4), der Haarnadelduplex 5'- d(A4CA7C4T7GT4)-3'(SEQ ID-NO: 11). Die äquimolaren Lösungen variieren in der Konzentration zwischen 3,0 und 0,19 mikromolar. Für eine zweimikro molare Lösung wird ein Tm-Wert von 33,46+-0,07°C ermittelt.The single strand is 5'-d (A 4 CA 7 ) -3 '(SEQ ID-NO: 4), the hairpin duplex 5'- d (A 4 CA 7 C 4 T 7 GT 4 ) -3' (SEQ ID- NO: 11). The equimolar solutions vary in concentration between 3.0 and 0.19 micromolar. A Tm value of 33.46 + -0.07 ° C is determined for a two-micro molar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d(A4TA7)-3' (SEQ ID-NO: 5), der Haarnadelduplex 5'- d(A4TA7C4T7AT4)-3' (SEQ ID-NO: 12). Die äquimolaren Lösungen variieren in der Konzentration zwischen 3,5 und 0,22 mikromolar. Für eine zweimikro molare Lösung wird ein Tm-Wert von 28,78+-0,20°C ermittelt.The single strand is 5'-d (A 4 TA 7 ) -3 '(SEQ ID-NO: 5), the hairpin duplex 5'- d (A 4 TA 7 C 4 T 7 AT 4 ) -3' (SEQ ID- NO: 12). The equimolar solutions vary in concentration between 3.5 and 0.22 micromolar. A Tm value of 28.78 + -0.20 ° C is determined for a two-micro molar solution.
Wie Beispiel 5, nur mit folgenden Unterschieden:As example 5, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A4CA7C4T7GT4)-3' (SEQ ID-N0 : 11). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,0 und 0,19 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 21,92+-0,36°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 4 CA 7 C 4 T 7 GT 4 ) -3 '(SEQ ID-N0: 11). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.0 and 0.19 micromolar. A Tm of 21.92 + -0.36 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 5, nur mit folgenden Unterschieden:As example 5, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A4GA7C4T7CT4)-3' (SEQ ID-NO: 10). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,0 und 0,19 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 16,98+-0,61°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 4 GA 7 C 4 T 7 CT 4 ) -3 '(SEQ ID-NO: 10). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.0 and 0.19 micromolar. A Tm of 16.98 + -0.61 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 4, nur mit folgenden Unterschieden:As example 4, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A12C4T12)-3' (SEQ ID-NO: 9). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,3 und 0,21 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 18,47+-0,46°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 12 C 4 T 12 ) -3 '(SEQ ID-NO: 9). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.3 and 0.21 micromolar. A Tm of 18.47 + -0.46 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 3, nur mit folgenden Unterschieden:As example 3, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A4TA7C4T7A4)-3' (SEQ ID-NO: 12). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,3 und 0,21 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 16,85+-0,06°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 4 TA 7 C 4 T 7 A 4 ) -3 '(SEQ ID-NO: 12). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.3 and 0.21 micromolar. A Tm value of 16.85 + -0.06 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A4TA7C4T7A4)-3' (SEQ ID-NO: 12). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,87 und 0,24 mikromolar. Für eine zweimikro molare Lösung wird ein Tm-Wert von 18,48+-0,25°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 4 TA 7 C 4 T 7 A 4 ) -3 '(SEQ ID-NO: 12). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.87 and 0.24 micromolar. A Tm value of 18.48 + -0.25 ° C is determined for a two-micro molar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Haarnadelduplex ist 5'-d(A4CA7C4G7A4)-3' (SEQ ID-NO: 11). Die äquimolaren Lösungen mit dem gleichen Einzelstrang variieren in der Konzentration zwischen 3,2 und 0,2 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 19,11+-0,11°C ermittelt.The hairpin duplex is 5'-d (A 4 CA 7 C 4 G 7 A 4 ) -3 '(SEQ ID-NO: 11). The equimolar solutions with the same single strand vary in concentration between 3.2 and 0.2 micromolar. A Tm of 19.11 + -0.11 ° C is determined for a two micromolar solution.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d([CA]5A2)-3' (SEQ ID-NO: 6), der Haarnadelduplex 5'-d([CA]5A2C4T2[TG]5)-3' (SEQ ID-NO: 13). Die äquimolaren Lösungen variieren in der Konzentration zwischen 3,55 und 0,22 mikromolar. Für eine zweimikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 49,46+-0,16°C ermittelt. In einer unabhängigen Wiederholungsmessung mit neuer Probe wurde ein Tm- Wert von 50,02+-0,29°C ermittelt.The single strand is 5'-d ([CA] 5 A2) -3 '(SEQ ID-NO: 6), the hairpin duplex 5'-d ([CA] 5 A2C 4 T2 [TG] 5 ) -3' (SEQ ID-NO: 13). The equimolar solutions vary in concentration between 3.55 and 0.22 micromolar. A Tm value of 49.46 + -0.16 ° C is determined for a two micromolar solution. In an independent repeat measurement with a new sample, a Tm value of 50.02 + -0.29 ° C was determined.
Wie Beispiel 1, nur mit folgenden Unterschieden:As example 1, only with the following differences:
Der Einzelstrang ist 5'-d(C5A7)-3'(SEQ ID-NO: 7), der Haarnadelduplex 5'-d(C5A7C4T7G5)-3' (SEQ ID-NO: 14). Die äquimolaren Lösungen variieren in der Konzentration zwischen 2,93 und 0,37 mikromolar. Für eine zwei mikromolare Lösung wird ein Tm-Wert von 45,50+-0,33°C ermittelt. The single strand is 5'-d (C 5 A 7 ) -3 '(SEQ ID-NO: 7), the hairpin duplex 5'-d (C 5 A 7 C 4 T 7 G 5 ) -3' (SEQ ID- NO: 14). The equimolar solutions vary in concentration between 2.93 and 0.37 micromolar. A Tm value of 45.50 + -0.33 ° C is determined for a two micromolar solution.
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