【発明の詳細な説明】
PNA/核酸複合体に結合し得る組換え抗体
本発明はPNA(ペプチド核酸)と核酸の間で形成される複合体に結合し得る
組換え抗体もしくは該抗体の断片に関する。
PNAは新規に開発されたポリアミド基本骨格を有する天然には存在しない化
合物であり、適当なリンカ−によって該基本骨格に結合された天然核酸塩基の様
なリガンドを複数有している。PNAのあるものは、相補的核酸との間に極めて
強い親和性を有しており、非常に安定で特異的な複合体を形成することが示され
ている。したがって、この様なPNAは核酸検出用のハイブリダイゼ−ションプ
ロ−ブに適している。本発明によれば、この様なPNAに対する抗体はハイブリ
ダイゼ−ションプロ−ブとして非常に有用である。
これらの抗体は、PNA/核酸複合体に結合する能力を介し生物試料中にある
核酸の捕捉、認識、検出、同定あるいは定量に有用である。
発明の背景
1つ以上の化学的あるいは生物的物質を捕捉し、認識し、検出し、同定し、及
び/または定量することは、組換えDNA、ヒトおよび動物を対象とする医学、
農学や食品化学等の分野で有用である。特に、これらの技術は細菌やウイルスと
いった病原因子の検出や特定、抗生物質耐性細菌のスクリ−ニング、遺伝子疾患
の診断の補助ならびに癌化細胞の検出に利用できる。
従来の核酸ハイブリダイゼ−ションアッセイ技術は、一般的に標識型の相補的
核酸プロ−ブとのハイブリダイゼ−ション工程を含む
。試料中の核酸の特異的塩基配列と標識プロ−ブとの間のハイブリダイゼ−ショ
ンは標識複合体の検出によって決められる。一般的に標識プロ−ブの調製には放
射線標識された、あるいは修飾された核酸を酵素的に取り込ませる工程、もしく
はプロ−ブに化学修飾を行い検出可能な化学基を結合あるいは形成させる化学修
飾の工程が含まれている。標識プロ−ブの調製は時間とコストのかかる作業であ
ることが多く、またその作業はプロ−ブの相補的配列に検出可能な状態でハイブ
リダイズできる能力を障害しないように進めなければならない。
試料と核酸プロ−ブの間にハイブリダイゼ−ションが形成されてできる核酸複
合体を直接検出する為に試薬、すなわちプロ−ブの化学標識を必要としない該試
薬は検出を容易にする。
2本鎖の核酸には結合するが、1本鎖の核酸には結合しない特異的ポリクロ−
ナル抗体を作成することは、2本鎖の核酸に対して作成したポリクロ−ナル血清
には1本鎖の核酸に交差反応する抗体が含まれることから困難と考えられる。ま
た、ポリクロ−ナル血清は1本鎖の核酸に対する天然の抗体もしくは免疫に使用
した免疫源が分解してできる1本鎖の核酸に対する抗体も含むだろう。
モノクロ−ナル抗体技術を利用すると、所望の親和性と特異性を有する抗体を
選別することができる。
米国特許第4,623,627号ならびに第4,833,084号には、通常
の核酸プロ−ブと標識核酸より形成された複合体に結合するモノクロ−ナル抗体
が開示されている。
別種のモノクロ−ナル抗体として、モノクロ−ナル抗体の特異性に同じ型の特
異性を有する組換体抗体がある。
WO92/20702号においては、PNAという用語は、非環状構造基本骨
格と適当なリンカ−により該基本骨格に結合した複数
の天然の核酸塩基の様なリガンドを有する化合物を記載するのに用いられている
。PNAは、その基本骨格の構造はデオキシリボ−ス基本骨格に同形であり、グ
リシンがリンカ−を介して天然の核酸塩基に結合して重合したN−(2−アミノ
エチル)グリシン単位を含む様なPNAであり、該PNAの塩基配列と相補的な
塩基配列を有する核酸とハイブリダイズしPNA−核酸複合体を形成し得るもの
である(Egholmら.,Nature,Vol365,566−568(1
993))。
この様なPNAは相補的核酸配列に強固に結合することが示されている。この
様なPNAと相補的核酸により形成される複合体の融解温度、Tm値は通常DN
Aプロ−ブあるいはRNAプロ−ブと標的核酸との間に形成される同等の複合体
のTm値に比べて、1塩基あたり1−2℃高い。Tm値は核酸複合体の半数の鎖
が解離または変性している温度として定義されている。
本発明は、PNAと核酸より形成される複合体を認識し、結合し、検出できる
新規組換え抗体を提供する。
発明の概要
本発明の観点の1つはPNAと核酸より形成された複合体に結合し得る組換え
抗体あるいは該抗体の断片である。
PNA/核酸複合体は、塩基対を形成する性質以外の点ではDNA/DNAあ
るいはDNA/RNA複合体の様な核酸複合体とは実質的に異なった性質を有し
ており、好適なPNA/核酸複合体中のPNAは重合したN−(2−アミノエチ
ル)グリシン単位を含み、その基本骨格が各リン酸基について1陰イオンを含む
ヌクレオチド配列であるため、該核酸複合体の相手鎖とは反対に、PNA非対称
構造を有し、且つ荷電を持たない。その結果上記2つの化合物の間
には立体的、立体配座上の違いが生じるため、抗体がPNA/核酸複合体に結合
特性を有しているかどうか予想することは完全に不可能である。
本発明の別の観点はPNAとDNAより形成される、あるいはPNAとRNA
より形成される複合体に結合できる組換え抗体ないしその断片である。
好適な実施態様では、PNAと核酸より形成される複合体に結合できる該組換
え抗体あるいはその断片は1本鎖PNA、2本鎖核酸もしくは1本鎖核酸には結
合しない。
これらの実施態様の1つでは、組換え抗体あるいはその断片はPNAとDNA
よりなる複合体には結合できるが、PNA/RNA複合体や2本鎖DNA、DN
A/RNA複合体、1本鎖PNAもしくは1本鎖核酸には結合できない。
本発明の好適な実施態様は重鎖と軽鎖のFab領域より成るFab断片である
。本発明はまた重鎖と軽鎖のFab領域を含む断片をコ−ドする組換えDNAを
含むベクタ−も提供する。これらベクタ−の2つはDSMに供託されている(D
SM10051とDSM10052)。
本発明の組換え抗体の別の好適な断片は、重鎖と軽鎖の可変領域がスペ−サ−
により連結された、好ましくはペプチドスペ−サ−基で連結された”単鎖Fv断
片”(scFV断片)である。
より高度に認識されるエピトープの特異性がPNAまたは核酸の特異的配列に
よってよりもPNA/核酸複合体の立体配座によって規定される、組換え抗体も
本発明の一部である。
本明細書内に記載された組換え抗体は宿主動物、たとえばマウスやラビットを
PNA/核酸複合体で免疫し、抗体産生細胞よりRNAを分離し、分離RNA中
のmRNAから1本鎖cDNAを調製し
、特異オリゴヌクレオチド混合物を利用して該cDNAより抗体をコ−ドする断
片を増幅し、そして該増幅断片を発現可能なファ−ジミドに挿入し、重感染後に
抗体断片をその表面に提示させ、該ファ−ジを細菌に感染させてファ−ジライブ
ラリーを作成し、細菌細胞のパニングと再感染を繰り返して所望の抗体断片をコ
−ドしているファ−ジを選別し、該ファ−ジを抗体断片産生用細菌に感染させ、
あるいは抗体断片をコ−ドするDNAを他の原核生物発現系あるいは真核生物発
現系内で発現させて得ることができる。免疫に好適な複合体はPNAとDNAよ
り成る、あるいはPNAとRNAよりなる複合体であり、かつPNAが重合した
N−(2−アミノエチル)グリシン単位を含むものである。
本発明の組換え抗体はまた免疫していない動物に由来する大規模な組換え免疫
グロブリンライブラリ−からも得ることができ、また必要であれば逆位もしくは
無作為突然変異を利用して選択した抗体の結合部位の親和性を上げることもでき
る。
1つ以上の化学的もしくは生物学的実体物を捕捉し、認識し、検出し、同定し
、あるいは定量化するのに本抗体が有用である試験サンプル中の特定の核酸配列
を検出する多様な方法も本発明の観点である。
本組換え抗体はヒトならびに獣医領域に極めて有効である。本抗体はクラミジ
アあるいは淋病菌の様な感染菌のヒト体内の存在、あるいは量の検出、あるいは
ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、エプシュタインバ−ルウイルス(EBV)、
サイトメガロウイルス(CMV)あるいはパピロ−マウイルス(HPV)の感染
の検出に極めて好適である。本抗体はまた染色体染色の様な細胞遺伝学の一般分
野にも有用である。
本発明は、検出可能な標識された形である本発明による組換え抗
体、検出する核酸配列の全てもしくは一部に相補的であるPNA配列、ならびに
視認化システムを含むキットも提供する。
図面の簡単な説明
図1はOrumら.,Nucleic Acids Research、Vo
l21,No19,4491−4498(1993)のPCRを用いたFab遺
伝子断片作成に使用したPCRプライマ−の概要である。
図2はOrumら.,Nucleic Acids Research、Vo
l21,No19,4491−4498(1993)の方法による”跳躍−PC
Rアッセンブリ−”法を用いた組み換えFabライブラリ−の構築を示す。各図
はそれぞれ最初の増幅PCR(A)、リンカーアッセンブリ−(B)、最終アッ
センブリ−(C)を示している。
図3は様々なPNAとDNAからなる複合体を試験抗体として用いたFab−
ファ−ジの力価を示している。様々なウエル当たりのFab−ファ−ジ数(1.
00E+0Xは1.00×100Xである)についてのOD480値を示した。
試験した複合体は実施例1に記した。
特異的実施態様の説明
本明細書で使用する”組換え抗体”という用語は、組換えDNA技術の使用を
含む工程により作成される、免疫グロブリンもしくはFab断片、scFv断片
、キメラもしくは改造抗体、あるいは軽鎖もしくは重鎖モノマ−の様な天然の免
疫グロブリンの断片類似体(G.WinterとC.Milstein,Nat
ure349,293−299(1991))を含む抗体分子を意味する。
”核酸”という用語は、ホスホジエステル結合により結合しあったデオキシリ
ボヌクレオチドあるいはリボヌクレオシドのいずれかであるサブユニットより成
るヌクレオチドポリマ−を包含する。具体的にはDNAあるいは各種RNAであ
ろう。”塩基”ならびに”核酸塩基”という用語は共に核酸ならびにPNAのピ
リミジン塩基とプリン塩基について相互に交換可能に用いられる。
PNAは”Improved Synthesis,Purificatio
nand Characterization of PNA Oligome
rs”Solid−Phase Symposium第3版,Oxford U
K,Aug.31−Sep.4,1994、記載の方法により合成されるか、P
erSeptive Biosystems社(Framingam,MA,U
SA)より得た。
動物の免疫に使用するPNA−核酸複合体としては、PNAとDNAより成る
複合体あるいはPNAとRNAより成る複合体が好適であろう。両核酸とPNA
はペプチド源を欠いているため、両核酸複合体とPNA/核酸複合体それ自体を
注射しても正常宿主動物(すなわち核酸に対する自己抗体産生が惹起されていな
い動物)では本質的に非免疫原的であると考えられる。この様な場合、通常用い
られる非免疫原性抗原に宿主動物に対して異物であるキャリア−物質を結合させ
る方法は、実際的でなく面倒であり、またこの操作により抗原内に構造変化が生
じる危険性があるが、実際にはポリアニオン性の核酸複合体とポリカチオン性の
蛋白誘導体、特にメチル化アルブミンもしくはグロプリンから成る非共有結合性
のイオン化複合体で正常宿主動物を免疫することで、核酸複合体に対する免疫反
応を誘導した(米国特許第4,623,627号、米国特許第4,833,08
4号)。
また驚くべきことに正常宿主動物を、PNA/DNA複合体と卵アルブミンの
様な宿主動物に異物である非誘導化蛋白の混合体で免疫することで、PNA/D
NA複合体に結合し得る抗体を作り出すことができ、組換えDNA技術を利用し
てこの抗体活性をクロ−ニングできることが判明しつつある。この技術はPNA
/RNA複合体を利用した免疫化にも応用できる。
組換え抗体には通常のモノクロ−ナル抗体にはない数々の利点がある。第一の
利点は、ファ−ジ表現法(McCafferty,J.ら.,Nature,V
ol348、552−554(1990))を利用すれば、組換え抗体もしくは
抗体断片を106−107の様々な反応体から数週以内に選別できることである。
モノクロ−ナル抗体の場合、同じ期間では、2−5×103反応体から選別でき
るに過ぎない。第二の利点は、選別された反応体が問題の断片をコ−ドしている
DNAに物理的に結合しており、その後の実験に極めて広い柔軟性を有している
点である。選別された反応体に変異を誘導したり、わずかに特性が異なる新しい
特異反応体を選別することは比較的容易であり、この方法で抗体断片を認識し、
標識し、結合し、あるいは精製するための様々なクロニ−ニング用の手がかりを
得ることができる可能性がある。第三の利点は、様々な抗体断片、例えば重鎖と
軽鎖の2つの可変領域を有するFab−断片あるいは軽鎖断片(scFv−断片
)を選別できる点である。選別された抗体断片は直接発現することもできるし、
あるいは特別な目的に合わせて様々な複数の組み合わせもしくは抗体分子の異な
る部分と組み合わせて修飾し発現することもできる。
PNA−DNA複合体は、好適な緩衝液中に2本鎖もしくは1本鎖DNAと該
DNA配列の全てもしくは一部に相補的である塩基配列を有するPNA分子を混
合し、さらに該混合物を加熱して1本鎖
分子を形成してからこの混合物をゆっくりと室温まで冷却することにより調製で
きる。PNA−RNA複合体はRNAを該RNA配列の前部もしくは一部と相補
的である塩基配列を有するPNA分子と混合し、該混合物を加熱してからゆっく
りと室温まで冷却することで調製できる。PNA−核酸複合体の一方成分の好適
量をアジュバントとキャリア−と混合する。好適なキャリア−の例としてはKL
H(キ−ホ−ルリムペットヘモシアニン)、オボアルブミンやデキストランであ
る。
本明細書記載の組換え抗体はMcCafferty,J.ら.,Nature
,Vol348、552−554(1990)記載の抗体−ファ−ジ法ならびに
Orumら.,Nucleic Acids Research,Vol21,
No19,449104498(1993)の改良抗体ファ−ジ法を利用して構
築することができる。簡単に説明すると、抗体−ファ−ジ法は以下の工程より成
る:動物をPNA/DNAあるいはPNA/RNA複合体の様なPNA/核酸複
合体で免疫し、抗体産生細胞を分離し、逆転写反応によりcDNAを調製する。
該DNAより重鎖と軽鎖のFab遺伝子断片を特異的に増幅し、このDNAをf
d−ファ−ジの表面に抗体断片を発現、提示できるファ−ジミドに挿入するが、
ファ−ジミドは完全な状態と感染性を保っている。細菌に感染させた後に所望の
抗体断片を有する排出ファ−ジを選択的方法(パンニング)にて分離し、抗体断
片の産生に使用する。抗体断片をコ−ドするDNAはまた、完全抗体もしくは抗
体の一部を発現させる目的で別種の原核生物発現系あるいは真核生物発現系に移
入することができる。真核生物細胞株で発現させる利点の一つは、原核生物発現
系で発現された抗体に比べてより効率的に完全抗体を産生できる可能性があるこ
とであり、同時に産生された抗体分子に二次修飾できることである
。
本発明では、組換え抗体あるいはその断片をコ−ドする組換えDNAは、PN
A/DNA複合体で免疫したマウスの脾臓よりRNAを分離し、標準的なcDN
A構成条件下にオリゴ(dT)でプライミングしたmRNAと4種類のデオキシ
リボヌクレオシド3リン酸と逆転写酵素を用いて第一鎖cDNAを合成し、つい
で重鎖および軽鎖Fab遺伝子断片に相補的なオリゴヌクレオチドプライマ−を
用いたポリメラ−ゼ連鎖反応(PCR)法により重鎖ならびに軽鎖Fab遺伝子
断片を増幅して調製した。
PCR技術は、加えた増幅希望DNA領域に特異的なオリゴヌクレオチドプラ
イマ−より伸長反応を繰り返し行う方法である。Thermus brocki
anusより分離、精製された温度安定DNAポリメラ−ゼを用いて増幅を行う
。本酵素は5’→3’エクソヌクレア−ゼ活性を有しており、一般に使用されて
いるTaq DNAポリメラ−ゼに比べてエラ−頻度は半分である。PCR増幅
産物はゲル電気泳動で精製した。
PCRを用いたFab断片作成に使用したオリゴヌクレオチドプライマ−はO
rumら.,Nucleic Acids Research、Vol21、N
o19,4491−4498(1993)に記載されている。オリゴヌクレオチ
ドプライマ−の様々な混合体を使用する(図.1)。MVH1−25と記したプ
ライマ−混合体は、混合体MCH1−G1,G2A,G2Bと組み合わせると重
鎖の可変領域のN末端から最初の不変領域のC末端までの範囲を増幅することが
できる(VHおよびCH1領域)。MVK1−25は1種類のプライマ−MCK
1と組み合わせて、全軽鎖(VKおよびCK領域)を増幅することができる。
図1中の枠はFab発現カセットの構造に含まれる様々な遺伝子
−断片を示す:N−末端アミノ酸から軽鎖C−末端とジスルフィド架橋を形成す
るヒンジ領域のシステイン残基までの重鎖を含むFd鎖;軽鎖(カッパ)の全可
変領域と不変領域に相当する軽鎖。増幅した重鎖と軽鎖が集合するのに用いられ
るDNA断片であるリンカ−、またFd翻訳時の翻訳停止コドンを含むDNA、
軽鎖発現時のリボソ−ム結合部位、pelBリ−ダ−配列のN−末端部分に相当
するコーディング領域である。pelBリ−ダ−配列は発現したFab断片が細
菌の周辺細胞質に移動するためのシグナルペプチドをコ−ドしている。囲み下に
記したプライマ−は前方向プライマ−でありmRNAに相補的である。囲み上に
記したプライマ−は逆方向プライマ−であり第一cDNAに相補的である。
PCRによる増幅の原理、ならびに重鎖と軽鎖断片の集合(assembly
)については図2に示した。まずFdと軽鎖遺伝子断片が増幅される(第一増幅
、図2A)。次に、上記2断片の反対側端に相補的なプライマ−が存在するPC
R条件下に該断片を加えPCRを行い、該断片それぞれにLINK断片を結合さ
せた(LINKER集合、図2B)。同様の方法で、リンカ−で集合したFdと
軽鎖断片を用いて最終集合を行った(図2C)。Fab断片(Fd)の重鎖と軽
鎖に相当する遺伝子断片は、図2Cに示すようなDNAリンカ−を介した最終集
合により無作為に対合する。
増幅し集合したDNAをNot1とSfi1で消化し、それからNot1とS
fi1−切断ファ−ジミドpFAB5c.Hisに連結した。ファ−ジミドpF
AB5c.Hisはrumら.、Nucleic Acids Researc
h、Vol21、No19,4491−4498(1993)に記載されている
pFAB5cに6ヒスチジンよりなる尾部を加え以後の組換え抗体精製が簡便に
できるよう改良されたものである。ファ−ジミドpFAB5c.H
isはJanEnberg,The Royal Danish School
of Pharmacy、コペンハ−ゲン、デンマ−クより得た。連結と精製
後、Bio−Rad E.Coli pulserを用いてDNAを電気的に適
当な大腸菌株に移入した。パルスを加えた直後、新たに作成したSOC培地(2
%Bacto Tryptone(Difco)、0.5%Bacto Yea
st extract(Difco)、10mM NaCl、2.5mM KC
l、1%グルコースと10mM MgCl2)を加え、細胞を1時間37℃で攪
拌し、選択的プレート上に塗布した。形質転換された細胞をヘルパーファージで
重感染させ、IPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)を加
えて蛋白質合成を誘導した。細胞を沈殿させ、多様なFab断片をgIII 蛋白へ
の融合蛋白として提示しているファ−ジ粒子を上清に残した。
抗原結合クロ−ンの選別に用いたパニングの手順は以下のとおりである:スト
レプトアビジンをコ−ティングしたマイクロタイタ−プレ−トをビオチン化した
PNA/DNA複合体と反応させ、そして個別に誘導したクロ−ンの上清あるい
は周辺細胞質を様々なPNA/DNA複合体や1本鎖PNAやDNA、そしてR
NAやDNA/RNA複合体に対する結合性を試験する前に、抗原選別(パニン
グ)を3ないし4回繰り返して1010−1011ファ−ジからなるファ−ジライブ
ラリ−を構築する。
本明細書記載のFab断片をコ−ドするDNAはベクタ−pFAB5c.Hi
sの形で”ドイツ微生物ならびに細胞株コレクション”(DSM10051とD
SM10052)に供託した。
上記記載Fab断片はN−末端アミノ酸から、軽鎖のC−末端のシステインと
の間にジスルフィド架橋を形成するのヒンジ部分にのシステインまでの重鎖と、
軽鎖の全可変領域と全不変領域を含んで
いるが、本明細書記載の別の好適な抗体断片でスペ−サ−基により結合された重
鎖と軽鎖の可変領域だけを含む、単鎖抗体(scFv)と呼ばれる抗体である。
スペーサー基は好ましくはペプチドスペーサーである。また、種々の複数のFa
b断片またはscFv(分離体、diabody)の構築体は本発明により期待
される。
本書記載の組換え抗体はまた免疫していない動物から得た大規模な組換え免疫
グロブリンライブラリ−からも、例えばMarksら.,Bio/Techno
logy,Vol10,779−783(1992)、Griffithら.,
The EMBO Journal,Vol12, No2,725−734(
1993)、Waterhouseら.,Nucleic Acid Rese
arch,Vol21,No9,2265−2265(1993)およびGra
mら.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA、Vol89,357
6−3580(1992)記載の方法を利用して得ることができる。
必要であれば、Marksら.(1992)の上記発表内記載の鎖シャフリン
グ法もしくはGramら.(1992)およびGriffithsら.(199
3)の上記発表内記載のランダム突然変異法を利用して、選別された組換え抗体
の特異性及び/または親和性を上げることができる。
本組換え抗体はPNA−核酸複合体に対し高い特異性を有している。これらの
抗体は2本鎖の核酸、1本鎖のPNAあるいは1本鎖の核酸に対しては有意に結
合することはない。本抗体により認識されるエピト−プの特異性は、PNA/核
酸複合体の特異的塩基配列よりむしろPNA−核酸複合体の立体配座により強く
規定されると考えられる。
本抗体が高い特異性と親和性を有することは、生物試料中で検出
されるべきPNAと核酸により形成される複合体の分離、検出、ならびに定量測
定に極めて有利である。即ち、PNA/DNA複合体に対する高い特異性を持っ
た抗体は、クラミジアや淋菌の様なヒト体内の感染体DNAを特定するためのP
NAを基本としたアッセイに特に有用である。これらの抗体はまた染色体染色の
様な細胞遺伝学の一般分野についても極めて有用である。
PNA/RNA複合体に対して高い特異性と親和性を有する本発明の抗体は、
PNAを基本としたmRNAあるいはrRNA配列の特定の様なアッセイに特に
有用である。
利用の目的に応じて、本抗体に例えば補酵素や酵素阻害剤や酵素そのものとい
った酵素的活性基、蛍光標識体、発光標識体、の様な検出可能な標識体やビオチ
ンあるいはハプテンといった特異的に結合するリガンドを結合することができる
。
本明細書記載の抗体はまた検出可能な様々な蛋白質、たとえば西洋ワサビペル
オキシダ−ゼやグルコ−スオキシダ−ゼまたはアルカリホスファタ−ゼの様な蛋
白質との融合蛋白としてクロ−ン化することもできる。また、例えば別の抗体に
より認識され、あるいは本抗体を他の分子に直接結合させるのに利用できる様な
様々なペプチドタグをコ−ドするDNA断片を、抗体活性をコ−ドしているDN
Aに直接クロ−ン化することもできる。
本発明の抗体は試料中にある検出すべき特定の核酸配列と該特定核酸配列と複
合体を形成できるPNAより成るPNA/核酸複合体を検出するための様々な方
法に利用できる。
本書記載の抗体を利用して、試料中の特定の核酸配列を検出する方法は以下の
工程より成る:
(a)試料中にある検出対象の特定の核酸配列と、この検出対象核酸配列の塩基
配列と複合体を形成できる程度十分に相補的であり、
かつ形成された複合体は本書記載の抗体に対するエピト−プを少なくとも1つ有
している、塩基配列を有するPNAから複合体を形成する工程、
(b)PNA配列と検出対象核酸配列から形成される複合体を本書記載の抗体に
接触させる工程、ならびに
(c)抗体−PNA−核酸複合体の存在を決定する工程。
PNA配列は検出対象の核酸配列を含む試料に接触する前に固相に好適に固定
できるか、抗体をPNA−核酸複合体に接触する前に固相に固定化できる。
検出対象の核酸配列が生物試料中に固相化されて存在している場合には、次の
工程よりなる方法が利用できる
(a)試料中にある検出対象の特定の核酸配列と、この検出対象核酸配列の塩基
配列と複合体を形成できる程度十分に相補的であり、かつ形成された複合体は本
書記載の抗体に対するエピト−プを少なくとも1つ有している、塩基配列を有す
るPNAから複合体を形成する工程、
(b)PNA配列と検出対象核酸配列から形成される複合体を本書記載の抗体に
接触させる工程、ならびに
(c)抗体−PNA−核酸複合体の存在を決定する工程。
最初の工程で検出対象核酸配列を固定化する方法では、以下の工程から成る方
法が好適である、
(a)検出対象の核酸配列を固相に固定化する工程、
(b)試料中にある検出対象の特定の核酸配列と、この検出対象核酸配列の塩基
配列と複合体を形成できる程度十分に相捕的であり、かつ形成された複合体は本
書記載の抗体に対するエピト−プを少なくとも1つ有している、塩基配列を有す
るPNAから複合体を形成する工程、
(c)PNA配列と検出対象核酸配列から形成される複合体を本書記載の抗体に
接触させる工程、ならびに
(d)抗体−PNA−核酸複合体の存在を決定する工程。
本発明の抗体の実施例を以下に記載する。
記載の方法もしくは本発明の抗体を用いる他の方法を実施するためのキットに
は、標識されたあるいは標識されていない本発明の抗体の他に、検出対象の核酸
配列の全部もしくは一部に相補的であるPNA配列と可視化システムを含む。可
視化システムは酵素標識(例えば酵素標識抗体あるいは酵素標識ストレプトアビ
ジン)と好適な基質を含むことができる。上記標識体は、本発明の抗体が標識さ
れていない場合にはマウス免疫グロブリンエピト−プに対して反応性を有するも
のであり、本発明の抗体がハプテン基で標識されている場合にはビオチンや蛍光
色素あるいはペプチドの様なハプテン基に対して反応性を有するものである。上
記キットの基質システムは、PNA/核酸複合体をELISA形式で測定する場
合には可溶性発色反応物を形成するものから選択され、PNA/核酸複合体を生
体試料内もしくは膜上で測定する場合には不溶性発色反応産物を形成するものか
ら選択される。
応用例1:液中ハイブリダイゼ−ションと検出
所望の核酸配列を含む試料に、該核酸配列の塩基配列に複合体を形成できる程
度十分に相補的であり、該複合体が本書記載のPNA−核酸複合体は認識するが
遊離体のPNAあるいは核酸は認識しない抗体により追跡できるような塩基配列
を有するPNAと接触させることで、該所望の核酸配列を液中に測定することが
できる。これらの反応により、例えば比濁アッセイ法の様な方法で検出可能程度
に大きな複合体を生じる。
応用例2:液中ハイブリダイゼ−ションと固定化後検出
所望の核酸配列は、該核酸配列と複合体を形成できるのに十分な程度に相補的
な塩基配列を有するPNAと接触させることで決定することができる。形成され
た複合体は、液中にある間に本書記載の標識抗体と接触させる。次に、形成され
たPNA−核酸−抗体複合体を本書記載の抗体、例えば酵素に固定化された抗体
を用いて捕捉する。未結合物質を洗い流してから、抗体の標識を検出することで
結合したPNA−核酸−抗体複合体量を測定する。
あるいは、所望の核酸配列と複合体を形成できる程度に十分に該配列に相補的
な塩基配列を有するPNAに、標識体、例えばビオチン、蛍光標識体、あるいは
その他のPNA−核酸複合体を捕捉するのに好適なその他の標識体を持たせるこ
とができる。未結合の物質を洗い流してから、抗体の標識体を検出するか第二抗
体を用いた検出系を利用して結合PNA−核酸−抗体複合体量を測定する。
応用例3:捕捉アッセイ
典型的な捕捉アッセイは;認識、捕捉、ならびに検出の工程より成るが、他の
工程から成る方法も可能である。例えば以下の様なアッセイ法である。
PNA−核酸複合体と結合できる抗体を固相、例えばELISAプレ−トに固
定化する。PNAと試料を混合しELISAプレ−トのウエル内で液中で反応さ
せる。PNAと試料の核酸の間で複合体が形成されると、これらの複合体は固定
化された抗体により捕捉される。非結合物質を洗い流してから、結合したPNA
−核酸−抗体複合体量を測定する。PNA−核酸複合体以外の認識可能な基を利
用しても捕捉することができる。この様な基としては、ビオチン化PNAあるい
は他のハプテン、ペプチドもしくはポリペプチドで標識されたPNAがある。上
記記載の2つ以上の工程を同時に実施するアッセイ方法もある。
応用例4:固相に固定化したPNA/核酸複合体の検出
PNAあるいは核酸のいずれかが最初に固相に固定化されたPNAと核酸より
成る複合体は本書記載の抗体を利用して検出することができる。この検出は酵素
を標識した抗体や、蛍光マ−カ−に標識された抗体、あるいはその他のシグナル
を出すシステムに標識された抗体を用いて直接実施することもできるし、あるい
は標的に結合した抗体を検出するために通常使用される二次的な可視化システム
を利用して間接的に実施することもできる。想定される固相は極めて広い範囲に
及ぶと考えられ、例えばナイロン膜もしくはニトロセルロ−ス膜(サザンブロッ
トあるいはノーザンブロット法)、組織切片、細胞塗抹標本、細胞遠心法、染色
体展開法(インサイトウハイブイリダイゼ−ション)あるいはプラスチック表面
(ELISA法)などでがある。
従来の方法では洗浄操作は通常きわめて徹底的行わなければならないが、本方
法では抗体が核酸と複合体を形成するPNAだけを認識することから、1本鎖P
NAによる非特異的結合は信号を発しないという利点がある。
応用例5;バイオセンサ−システム
生物試料中の核酸の検出と定量はPharmacia社のBIAcoreバイ
オセンサ−システムの様なバイオセンサ−システムを用いて実施できる。センサ
−チップ上に固定化されたリガンドに相互作用した生体分子をエバネセント光を
用いて表面で測定する。このシステムは親水性デキストランマトリックス中にリ
ガンドが固定化されたセンサ−チップ、分析物と試薬をセンサ−表面まで運ぶた
めの小型液体カ−トリッジ、SPR(表面プラズモン共鳴)検出器、自動サンプ
リング装置、ならびにシステム制御および測定用ソフトウエア−を含む。特異的
リガンドはアミン、チオ−ルもしくはア
ルデヒドを介してセンサ−チップに化学的に、あるいはビオチン−アビジン反応
のような生物特異的方法により強固に固定化されている。
本書記載の抗体は、利用するバイオセンサ−システムのセンサ−チップ、例え
ばBIAcoreシステムのセンサ−チップのデキストラン層に結合することが
できる。試料をPNAと混合、反応させて、試料中の核酸と該核酸配列と複合体
を形成できるに十分な程度に相補的な塩基配列を有するPNAとの間に複合体を
形成させる。このサンプルをバイオセンサ−システムのフロ−システムを通過さ
せ、PNA−核酸複合体が形成されていればセンサ−チップに結合した抗体が該
複合体を特異的に結合する。バイオセンサ−システムによるSPR検出により、
上記結合より表面に結合した物質量に対応したシグナルが発生する。
応用例6;細胞中の結合PNAの検出
好適な条件下ではPNAは生細胞あるいは固定細胞、例えば細胞株、血液幹細
胞、ならびに動物/ヒト組織(治療用途に重要)の細胞壁を通過することができ
る。個々の細胞の中の異なる標的とハイブリダイズしたPNAを検出できること
は重要なことである。この様な場合、PNAをハプテンもしくはその他のレポ−
タ−分子で標識することは、これらの標識体がPNAが細胞内に入ることを阻害
もしくは干渉するため有益なことではないだろう。免疫組織学的方法(凍結ある
いは固定された組織生検中)もしくはフロ−サイトメトリ−(例えば表面活性剤
、アセトンもしくはアルコ−ルで処理した細胞)で標的とハイブリダイズしたP
NAを検出することは重要である。また、細胞培養に加えたPNAあるいは生き
た動物に投与したPNAの結合及び/または組織分布を検出できることも有益で
ある。この様な検出は本書記載の抗体を用いて実施できる。
以下の実施例を用いて本発明の特異的態様を示す。これらの実施例はいかなる
形でも本発明を限定しない。
実施例
実施例1
PNA/核酸複合体と単鎖
メチレンカルボニルリンカ−で核酸塩基を結合された重合N−(2−アミノエ
チル)グリシン単位を含むPNAを、3rd Solid−Phase Sym
posium,Oxford UK,Aug,31−Sept.4,1994,
に記載の”Improved Synthesis,Purification
and characterization ofPNA Oligomer
s”ならびにM.Egholmら.,J.Am.Chem.Soc.114,1
895−1897(1992)ならびにM.Egholmら.,J.Chem.
Soc.chem.Commun.800−801(1993)記載の方法にし
たがって合成し精製したか、あるいは同様のPNAをPerSeptive B
iosystemsより得た。使用したPNAの塩基配列はPNA内で自己ハイ
ブリダイゼ−ションしない様に非自己相補的なものが好ましい。プリンとピリミ
ジンの数はほぼ同数であり、これにより3重螺旋構造ではなく2重螺旋構造を形
成するようにした。
DNA配列は標準的な381Aサイクル/操作法に従いApplied Bi
osystems社の381A DNA合成装置を用いて合成した。使用したモ
ノマ−は通常のApplied Biosystems社合成装置用β−シアノ
エチルホスフォアミドである。
RNA配列は”DNA Technology Aps,Science P
ark Aarhus, Gustav Wieds
Vej 10,DK−8000 Aarhus”より得た。
PNAとDNA配列は標識されているか、あるいは未標識であり、1つかそれ
以上のリンカ−ユニットを含む場合もあり、好ましくは2つのリンカ−ユニット
は末端同士が結合している1つか2つのリンカ−単位を含む。リンカ−は標識さ
れたPNAあるいはDNAオリゴマ−に関わらず、あるいは加えられるリンカ−
ユニットの数に関係なくいずれの場合も”−link−”と記される。
PNAオリゴマ−は次の様にしてビオチンで標識できる:2−(アミノエトキ
シ)エトキシ酢酸(AEEA)を1もしくは2単位含むリンカ−を樹脂上(上記
参照)のPNAオリゴマ−に結合してからビオチンを次のようにして結合する。
2種類の溶液を使用する。第1液には0.2MのN−エチルジシクロヘキシルア
ミンを含むDMFの5%−コリジン液として0.1Mビオチンを含んでおり、第
2液はDMFに0.18M HBTU(2−(1H−ベンゾトリアゾール−1−
イル)−1,1,3,3−テトラメチルウロニウムヘキサフロロリン酸)を含ん
でいる。この2種類の液を2:1の割合で混合し、この混合液をおよそ1分間放
置してから1もしくは2ユニットのAEEAの付いたPNAオリゴマ−を結合し
た樹脂と混ぜた。
DNAをビオチン標識するには次の方法が利用できる。DNAオリゴマ−の5
’末端を標識するには、リンカ−(Spacer phosphoramidi
te、Clontech Laboratories)をオリゴマ−の5’−O
Hに接続し、それからビオチン標識化試薬(ビオチン CEフォスフォラミド、
22−0002−35、Cruachem Limited)と反応させた。オ
リゴマ−の3’末端を標識するために、ビオチン−CPG支持体(3’−ビオチ
ン−ON CPGカタログ番号RP−5225−2K
,J. Ross Petersen,Agern Alle3,DK−297
0 Horsholm)からDNA合成を開始させた。第1試薬はリンカー(S
pacer phosphoramidite、Clontech Labor
atories,Inc.)であり、モノマ−試薬を加えてオリゴマ−を合成し
た。
全てのPNA配列は”H−”(DNAの5’−末端に相当)と記したアミノ末
端側より”CONH2”(DNAの3’−末端に相当)と記したC−末端に向け
て記載した。全てのDNA配列は5’−末端から3’−末端に向けて記した。以
下の試験複合体/化合物を使用した;
H12.45merのDNA配列(U1)と3単位の15merのPNA配列(
U2)から成る未標識のPNA/DNA複合体(免疫源)。45merDNA(
U1)の塩基配列は次の通りである:
5’−GCA AAT GCT CTA GGC GCA AAT G
CT CTA GGC GCA AAT GCT CTA GGC−3’
15merのPNA(U2)の塩基配列は次の通りである:
H−GCC TAG AGC ATT TGC−CONH2
L2. DNAの3’−末端にビオチンの結合した45merのDNA配列(L
2).
45merのDNA(L2)の塩基配列は次の通りである:
5’−GCA AAT GCT CTA GGC GCA AAT G
CT CTA GGC GCA AAT GC
T CTA GGC−link−Bio−3’。
H2. 45merのDNA配列(L2)と3単位の15merのPNA配列(
U2)から成るPNA/DNA複合体で、45merのDNAの3’−末端にビ
オチンが結合している。DNAにビオチンが結合している以外は、この複合体は
免疫源として用いた複合体に同じである。
45merのDNA(L2)の塩基配列は以下の通りである:
5’−GCA AAT GCT CTA GGC GCA AAT G
CT CTA GGC GCA AAT GCT CTA GGC−link−
Bio−3’
15merのPNA(U2)の塩基配列は次の通りである:
H−GCC TAG AGC ATT TGC−CONH2
H3. 15merのDNA配列(L3)と15merのPNA配列(U2)か
ら成るPNA/DNA複合体で、15merのDNAの5’−末端にビオチンが
結合している。
15merのDNA(L3)の塩基配列は以下の通りである:
5’−Bio−link−GCA AAT GCT CTA GGC−
3’
15merのPNA(U2)の塩基配列は次の通りである:
H−GCC TAG AGC ATT TGC−CONH2
H20.3’末端がビオチンで標識された45merのDNA配列
(L2)と3単位の15merのDNA配列(U4)から成る免疫源であるDN
A/DNA複合体。この複合体を形成する2種類の鎖の配列は上記の通りである
(H2とH4の記載参照)。
H7. 20merのPNA配列と免疫源に用いた複合体の配列と異なる塩基配
列を有する20merのDNA配列から成るPNA/DNA複合体で、該PNA
配列のアミノ末端がビオチンで標識されたもの。
20merのPNA(L5)の塩基配列は次の通りである。
Bio−link−CGC CCG CCG ATA TTG GCA
AC−CONH2
20merのDNA(U6)の塩基配列は次の通りである:
5’−GTT GCC AAT ATC GGC GGCCG−3’
H8. 17merのPNA配列と前記の複合体と異なる塩基配列を有するが、
以下記載する複合体H9に関連している17merのDNA配列から成るPNA
/DNA複合体。本複合体のDNAは5’末端がビオチンで標識されている。
17merのDNA(L6)の塩基配列は次の通りである。
Bio−link−ATT GTT TCG GCA ATT GT−
3’
17merのPNA(U7)の塩基配列は以下の通りである:
H−link−ACA ATT GCC GAA ACA
AT−CONH2
H9. 17merのPNA配列と前記の複合体と異なる塩基配列を有するが、
上記の複合体H8に関連している17merのDNA配列から成るPNA/DN
A複合体。本複合体のPNA鎖はアミノ末端がビオチンで標識されている。
17merのDNA(U8)の塩基配列は次の通りである。
5’−ATT GTT TCG GCA ATT GT−3’
17merのPNA(L7)の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−ACA ATT GCC GAA ACA AT−
CONH2
L8. アミノ末端がビオチン標識された19merのPNA配列。19mer
のPNA(L8)の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−TTC AAC TCT GTG AGT TGA
A−CONH2
H10.19merのPNA配列(L8)と、該PNAの塩基配列に相補的な塩
基配列である19merのRNA配列(U9)より成るPNA/RNA複合体。
該複合体のPNA鎖のアミノ末端はビオチンで標識されている。
19merのPNA(L8)の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−TTC AAC TCT GTG AGT TGA
A−CONH2
19merのRNA(U9)の塩基配列は以下の通りであ
る:
5’−UUA AAC UCA CAG AGU UGAA−3’
H22.19merのPNA配列(L8)と、該PNAの塩基配列に相補的な塩
基配列である19merのDNA配列(U26)より成るPNA/DNA複合体
。該複合体のPNA鎖のアミノ末端はビオチンで標識されている。
19merのPNA(L8)の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−TTC AAC TCT GTG AGT TGA
A−CONH2
19merのDNA(U26)の塩基配列は以下の取りである:
5’−TTC AAC TCA CAG AGT TGAA−3’
H29.15merのPNA配列(U27)と30merのDNA配列(L11
)より成るPNA/DNA複合体。該30merのDNA配列の3’末端はビオ
チンで標識されている。PNA配列はDNAの中央部分に相補的であり、その結
果該PNA/DNA複合体の5’−と3’−を1本鎖DNAが覆い被さっている
。
30merのDNA(L11)の塩基配列は以下の通りである:
5’−GCT GAC GTT CCG CAC ATG TCA A
CC ATA TGT−link−Bio−3’
15merのPNA(U27)の塩基配列は以下の取りで
ある:
H−link−GTT GAC ATG TGC GGA−CONH2
H30.5’末端にビオチンが結合している45merのDNA配列(L12)
と3単位の15merのPNA配列(U13)より成るPNA/DNA複合体。
45merのDNA(L12)の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−TCC GCA CAT GTC AAC TCC
GCA CAT GTC AAC TCC GCA CAT GTC AAC
−3’。
15merのPNA(U13)の塩基配列は以下の通りである:
H−GTT GAC ATG TGC GGA−CONH2。
H31.3’末端にビオチンが結合している45merのDNA配列(L13)
と3単位の15merのPNA配列(U13)より成るPNA/DNA複合体。
L13の塩基配列は上記L12の塩基配列と同じである。
したがって、L13の配列は次の通りである。
5’−TCC GCA CAT GTC AAC TCC GCA C
AT GTC AAC TCC GCA CAT GTC AAC−link−
Bio−3’。
15merのPNA(U13)の塩基配列は以下の通りである:
H−GTT GAC ATG TGC GGA−CONH2。
H32.2種類の17merのPNA配列、L7とU28より成るPNA/PN
A複合体(dsPNA)で、L7の5’末端にはビオチンが結合している。
L7の塩基配列は以下の通りである:
Bio−link−ACA ATT GCC GAA ACA AT−
CONH2。
U28の塩基配列は以下の通りである:
H−ATT GTT TCG GCA ATT GT−CONH2。
PNA/核酸複合体は、好適な緩衝液(例えば50mM Tris−HCl、
pH7.6、50mM NaCl)中に核酸と該核酸の全部もしくは一部に相補
的である塩基配列を有するPNAを混合し、該混合物を加熱して1本鎖の分子を
形成させた後にゆっくりと室温まで冷却して形成する。
複合体形成の特徴を以下に記す。
Tm決定:PNA/DNA複合体およびPNA/RNA複合体のTmはLam
bda2SUV/VIS分光光度計(PerkinElmer)に加熱装置(ペ
ルチェ加熱エレメント)付き”セルホルダ−”を装着して測定した。
3mlの50mM Tris−HCl、pH7.6、50mM NaCl緩衝液
中の複合体の最終量が2nmolに調整するために、3.6mlのNUNC C
ryoチューブ内に好適な量の各鎖と緩衝液を混合した。混合体を95℃で10
分間加熱し、それからゆっくりと(3から4時間)室温まで冷却した。これから
およそ2.8mlを取り、3mlの水晶製の蓋と攪拌マグネットの付いたキュベ
ットに移した。キュベットの温度を20℃から95℃まで0.2℃/分のスピー
ドで上げた。260nmの吸光度を連続的に測定した
。Tm値は融解曲線の一次導関数の最高点より求めた。
アクリルアミドゲル電気泳動;TBE緩衝液(89mM Tris−ホウ酸、
2mMEDTA)中での20%ポリアクリルアミドゲルを用いた複合体の泳動で
も複合体形成を試験した。複合体はNytran13N濾紙(Schleich
er&Schuell)に写し取る。複合体は複合体に結合した標識体を利用し
て視認する。ビオチンあるいは蛍光標識体を含む複合体はアルカリホスファタ−
ゼ(AP)標識−ストレプトアビジンもしくは−抗蛍光体抗体を用いて視認する
ことができる。未標識複合体はポリアクリルアミンドゲルをエチジウムブロマイ
ドで染色して直接視認化するか、WO95/17430記載のPNA/核酸ポリ
クロ−ナル抗体で染色し、さらに二次抗体、例えばブタ抗ウサギ/APと反応さ
せることで視認化する。結合したAP標識体は発色基質混合体NBT/BCIP
を用いて視認化する。
ドットブロット:複合体の希釈列(ドット当たり20ngから2ngまで)を
Nytran13N(Schleicher&Schuell)濾紙上にドット
する。上記同様にして視認化する。
実施例2
免疫
免疫に使用した抗原(PNA/DNA複合体H12)は以下のものを総量2m
Lに混合して調整した:
0.939mg 45merのポリデオキシリボヌクレオチド(DNA)
1.145mg 15merのPNAオリゴマ−
50mM Tris−HCl、pH7.5
50mM NaCl
上記混合物をヒ−トブロックで92℃に加熱してからゆっくりと
室温まで冷却する。PNA/DNA複合体の最終濃度は1.04mg/mlであ
った。
複合体形成を実施例1記載の方法で試験した。
1.04mg/ml濃度のPNA/DNA複合体に、250mg/ml濃度に
なるようにオボアルブミンを加えた。この混合体にさらにフレンドの不完全アジ
ュバントを1:1v/vで混合し、雌のPALB/cマウスにおよそ3週間の間
隔で5回腹腔内あるいは皮下に投与して免疫した。
実施例3
RNAの分離、Fab断片をコ−ドするDNAの増幅とクロ−ニング
RNAの分離
上記記載の免疫したマウスから脾臓を取り出し、直ぐに10mlの4Mグアニジ
ンチオシアネ−ト、25mMクエン酸ナトリウム、pH7.0、0.5%サルコ
シル、0.1Mβ−メルカプトエタノ−ル(全てSigma社)液に移した。全
ての液はいずれも氷上に維持した。10分後、脾臓をPolytronホモゲナ
イザ−で全速でおよそ10秒間ホモゲナイズした。続いて1mlの2M酢酸ナト
リウム、pH4.0と10mlのフェノ−ル/クロロホルム/イソアミルアルコ
−ル(125:24:1)、pH4.7を上記ホモゲネートに加えて激しく混合
した。この混合体を10000rpm(JA20ロ−タ−、Beckman遠心
機)で20分間、4℃で遠心分離した。
RNAを含む上清を新しいチュ−ブに移し、1当量のフェノ−ル/クロロホル
ム/イソアミルアルコ−ル(125:24:1)、pH4.7を加えて激しく混
合し、使用前に遠心分離した。上清を新しいチュ−ブに移し、残った有機層を7
.5mlの4Mグアニンジ
ンチオシアネ−ト、25mMのクエン酸ナトリウム、pH7.0、0.5%サル
コシル、0.1Mβ−メルカプトエタノ−ル、0.75mlの2M酢酸ナトリウ
ム、pH4.0でさらに抽出した。このサンプルを前記同様に混合し、遠心分離
した。RNA含有上清を一つに集めた。総容積は12.5mlであり、それから
RNAを−20℃の1用量のイソプロピルアルコ−ルで最短30分間処理して沈
殿させた。RNAは12000rpm、30分、4℃で遠心分離して集めた。
ペレットを0.5mlの4Mグアニジンチオシアネ−ト、25mMクエン酸ナ
トリウム、pH7.0、0.5%サルコシル、0.1Mβ−メルカプトエタノ−
ルに再懸濁してRNAを溶解し、この溶解液をエッペンドルフチュ−ブに移して
、さらに50μlの2M酢酸ナトリウム、pH4.0と0.5mlのフェノ−ル
/クロロホルム/イソアミルアルコール(125:24:1),pH4.7を加
えた。激しく混合した後、試料を微量遠心機にかけて最高速度で5分間遠心分離
した。上清を新しいチュ−ブに移し、RNAを−20℃の1用量のイソプロピル
アルコ−ルで最短30分間処理して沈殿させた。RNAは最高速度、30分、4
℃の遠心分離して集めた。さらに上記の作業を繰り返してRNAを抽出し沈殿さ
せた。
ペレットは0.7mlのDEPC(ジエチルピロカ−ボネイト)処理したH2
Oに再懸濁して、さらに70 μlの2M酢酸ナトリウム、pH4.0と0.7
mlのフェノ−ル/クロロホルム/イソアミルアルコ−ル(125:24:1)
,pH4.7を加えた。これを激しく混合した後、この混合体を微量遠心機にか
けて最高速度で5分間遠心分離した。上清を新しいチュ−ブに移し、RNAを−
20℃の1用量のイソプロピルアルコ−ルで最短30分間処理して沈殿させた。
RNAは最高速度、30分、4℃の遠心分離して集め
た。ペレットを80%エタノ−ルで洗浄し、さらにRNAペレットをSpeed
Vacで短時間乾燥させた。RNAはDEPC処理H2Oで溶解してから−70
℃に保管した。収量はおよそ260nmの光密度より算定して187μg総細胞
RNAであった。
cDNA合成
50μgの総RNAと1.25μgのオリゴ(dT)18を混合してから10分
間70℃で反応させて変性させ、さらに短時間氷の上で冷却した。逆転写反応は
SuperScriptTMIII (Giboco BRL)を用いて以下の条件
にて実施した:
50mM Tris−HCl,pH8.3室温
75mM KCl
10mM DTT
3mM MgCl2
各0.5mM dATP,dCTP,dGTP,dTTP
変性したRNAを反応チュ−ブに加え、SuperScriptTMIII RN
aseH逆転写酵素600Uを加える前に反応液50μlを45℃で3分間反応
させる。逆転写反応は45℃で1時間行った。それからcDNAを通常の方法に
したがって沈殿させ、最後に15μlのH2Oに再懸濁し、−20℃で凍結保存
した。
PCR増幅
Fdとカッパ鎖をまず別々にPCRで増幅し、ついでOrumら.(Nucl
eic Acids Reseach,Vol21,No19、4491−44
98(1993)に必須事項が記載されたアッセンブリ−PCRを行った。
DyNAzyme 温度安定DNAポリメラ−ゼ(Finnzym Oy、F
inland)を以下の条件にて使用した:
10mM Tris−HCl(25℃にてpH8.8)
1.5mM MgCl2
50mM KCl
0.1% Triton X−100
各0.1mM dATP,dCTP,dGTP,dTTP
0.2μM 前方向プライマ−(図1参照)
0.2μM 逆方向プライマ−(図1参照)
調製したcDNAの半分をFd鎖増幅用の鋳型に用いて、残りの半分をカッパ
鎖の増幅用に用いた。各鎖について合計3つの50μlの反応を行った。cDN
Aを反応チュ−ブに加えて、94℃の第1反応(変性)の後に、50μl反応当
たり1UのDyNAzymeを加えた。反応はDNAサ−マルサイクラ−(Pe
rkin Elmer Cetus)を用いて25サイクル(変性94℃−1分
:アニ−リング55℃−1分;伸長72℃−1分)行った。
増幅産物を沈殿させてからメ−カ−使用説明書にしたがってJetSorp(
Genomed)を用いてゲル精製した。
カッパ鎖とFd鎖ライブラリ−は別々にPCR反応して(ステップB、図2)
特異断片と結合し(図1および2のLINK)最後のアッセンブリ−PCRで2
つのライブラリ−が組合わせること、ならびに1ステップで完全なレパ−トリ−
のクロ−ニングができるようにした。反応はプライマ−濃度がそれぞれ0.25
μMであること以外は上記に同じ条件で行った。カッパ鎖用の反応の鋳型DNA
として100μlのPCR産物当たり、精製した最初のカッパPCR産物5ng
と7ngの結合断片を利用した。Fd反応を行う為に、100μlのPCR反応
当たり10ngの精製した最初のFdPCR産物と14ngの結合断片を加えた
。最初に94℃、5分間変性した後に1.5UのDyNAzymeを100μl
反応液当たりに加え、次いで25サイクル(Fd)あるいは21サイクル(カッ
パ)(94℃−1分;65℃−1分;72℃−1分)の増幅を行った。
増幅産物を沈殿させてからメ−カ−使用説明書にしたがってJetSorp(
Genomed)を用いてゲル精製した。
次に最後の反応で、上記別々に増幅伸長した2つの鎖を、プライマ−濃度が5
μMであり、鋳型としておよそ4ngの精製し、伸長したカッパ鎖とFd鎖を反
応液100μl当たりに加えること以外は最初の反応と同じアッセイ条件のPC
Rによりつないだ(ステップC、図2)。最初の94℃の5分の変性の後に、1
00μl反応液当たり1UのDyNAzymeを加え、25サイクル(94℃−
1.5分;69℃−1分;72℃−2分)で増幅を行った。
増幅産物を沈殿させてからメ−カ−使用説明書にしたがってJetSorp(
Genomed)を用いてゲル精製した。
クロ−ニング
増幅産物をメ−カ−取扱説明書に従いSfi1およびNot1制限酵素(Bo
ehringer Mannheim)で切断し、それからJetSorp(G
enomed)を利用してゲル精製した。
クロ−ニングに好適なベクタ−はf1の様な複製起点やペニシリン耐性の様な
選択用のマ−カ−配列、プロモ−タ−等の発現調節配列ならびにpelBリ−ダ
−の様な、細菌の周囲細胞質域に発現蛋白を導くためのシグナル配列から成るも
のである。さらに様々な配列を取り込むための複数の制限酵素部位が求められる
。好適なベクタ−の一つはpFAB5c.Hisである。
ファ−ジミドpFAB5c.HisはOrumら.(Nucleic Aci
ds Reseach,Vol21,No19、4491−4498(1993
)記載のpFAB5cを改良したもので
あり、6つのヒスチジンから成る尾部が加えられたことにより続く組換え抗体の
精製を簡便になっている。ファ−ジミドpFAB5c.HisはRoyal D
anish School of Pharmacy,Copenhagen,
DenmarkのJan Engberg教授より得た。
使用した発現ベクタ−はEag1消化により構築できる。この処置によりΔg
III をベクタ−より取り除くことができ、Fab断片を遊離型のFabとして発
現させることができる;すなわちファ−ジgIII 蛋白に融合しない形で発現でき
る。この処置により、Fab断片をファ−ジの表面に提示させる能力も同時に失
う。本書で使用したベクタ−pFAB5c.Hisは増幅産物に用いたものと同
じ制限酵素Sfi1とNot1で処理してからJetSorpでゲル精製した。
Boehringer Mannheim社製T4DNAライゲ−ス4単位を
用いて、合計100μl中、以下の条件で室温、3時間反応させ、およそ400
ngの消化、精製ベクタ−を400ngの消化、精製PCR増幅産物と結合した
。
66mM Tris−HCl
5mM MgCl2
1mM DTT
1mM ATP
pH7.5(20℃)
この反応は2重に行った。
連結後、混合液を一度フェノ−ル/クロロホルム/イソアミルアルコ−ル(2
5:24:1)で抽出し、さらに水相についてクロロホルムで抽出を行った。最
後に、DNAを通常の条件下にエタノ−ルで沈殿させた。このペレットを2回7
0%のエタノ−ルで洗浄し
、短時間SpeedVacで乾燥させた後にDNAを15μlのH2Oに再懸濁
した。
実施例4
大腸菌の形質転換
BioRad社製E.coliPulserの0.1cmエレクトロポレ−シ
ョンキュベット(BioRad)に1μlの電気反応性の大腸菌細胞(TOP1
0F’/Invitrogen)を入れ、これに実施例3で得たDNAを18k
V/cmの電場強度で条件で導入した。パルスを加えた直後にキュベットを新た
に調製した1mlのSOC培地で噴射洗浄し、細胞を1時間37℃で振とう培養
した。ライブラリ−の大きさは上記処置で電気導入した細胞を100μg/ml
のアンピシリンと0.5%のグルコ−スを添加したLB培地に移す前に、適当に
希釈したものを選択プレ−トに播いて決めた。ヘルパ−ファ−ジに重感染させる
前に、37℃でおよそ8時間振とう培養し(OD600がおよそ1.5)、培養液
の残りからプラスミドDNAを調整した(Qiagenプラスミド調整)。
宿主大腸菌の特徴
Top10F’:
F’{lac1qTn10(TetR)}mcrAΔ(mrr−hsdRMS−
mcrBC)θ80lacZΔM15ΔlacX74deoR recA1 a
raD139Δ(ara−leu)7697 galU galK rpsL
endA1 nupG.
実施例5
Fab断片のファ−ジ提示と抗原結合ファ−ジの選別(パニング)
100μg/mlのアンピシリンと12μg/mlのテトラサイクリンを添加し
た50mlのLB培地に1−5×108形質転換細胞
を接種し、37℃でOD600がおよそ0.5になるまで振とうした。R408ヘ
ルパ−ファ−ジ(Stratagene)を50−100倍量加え、感染前に3
7℃で20分間ゆっくりと振とうした。続いて、イソプロピル−β−D−チオガ
ラクトピラノシド(IPTG)を最終濃度100μMになるよう加え、一晩室温
にておよそ250rpmで振とうしながら培養した。
細胞をペレット化させた後、ファ−ジを1時間、4℃で4%PEG6000と0.
5MのNaClと反応させて沈殿させ、JA20ロ−タ−/Beckman遠心
分離装置を用いて4℃、30分間、20,000rpmの速度で遠心分離して集
めた。沈殿をおよそ1mLの上清に再懸濁してから微量遠心分離装置、30分、
4℃、最高速度で遠心分離した。最後にファ−ジを400μlのPBS(137
mM NaCl、2.7mM KCl、4.3mM Na2HPO4・H2O、1
.4mM KH2PO4、pH7.3)に再懸濁し、洗浄遠心を行った後にファ−
ジを新しいチュ−ブに移した。新しく調整したファ−ジは直ぐに次の作業:力価
測定とパンニングに利用した。
力価測定は対数的の増殖している大腸菌Top10F’50μlに適当に希釈
体より得た1μlのファ−ジを感染させ、20分間、37℃の培養後、細菌を選
択寒天培地に移して行った。ファ−ジの力価は次の日にコロニ−数から計算した
。
パンニング:ストレプトアビジンを固相化したマイクロタイタ−プレ−ト(M
axisorp,NUNC)とビオチン化したPNA/DNA複合体(H2)5
0ngと37℃で最低2時間反応させるか、4℃で一晩反応させた。PNA/D
NA複合体はTHT(50mM Tris−HCl、pH7.2、0.1M N
aCl、0.1% Tween20)で希釈した。PNA/DNA複合体を結合
させた後、マイクロタイタ−ウエルの残った結合部位を4%の脱水化スキムミル
ク(Difco Laboratories)PBS液(PBSM)で約2時間
、37℃で処理してブロックした。最後に、このウエルを3−5回0.5%Tw
een20のPBS液(PBST)で洗浄した。1010−1011ファ−ジ(調製
済みファ−ジ、50−75μl)に1μg/100μlのストレプトアビジンを
付加してからマイクロタイタ−ウエルに加え、37℃で揺すりながら1時間半か
ら2時間反応させた。300μlのPBSTによる洗浄を様々な回数行い(第一
パンニングの間に3回;その後のパンニング毎に5−10回)。結合したファ−
ジを100μlの0.1%トリプシン(DAKO S2012)PBS液で30
分間室温処理して溶出した。溶出液を2mlの対数増殖期の大腸菌TOPQPF
’に加え、37℃で20分間反応させてから、溶出ファ−ジを適当に希釈して選
択寒天プレ−ト上に広げて力価測定した。残った細胞を100μg/mlのアン
ピシリンと0.5%のグルコースを添加した50mlのLB培地中に37℃で振
とうしながら一晩培養し継代した。翌日、溶出ファ−ジの力価を測定してから、
本実施例記載の方法に従い50mLの培養液を用いて重感染させ、前記同様にし
て次のパンニングのためのファ−ジを調整した。
パンニング操作とスクリ−ニングを4回繰り返し、所望の結合特性を有する単
一コロニ−を分離した。単一コロニ−を分離し5mlの100μg/mlのアン
ピシリンを添加したLB培地中に接種し、37℃で振とうしならばOD600が0
.8−1になるまで培養した。それからIPTGを最終濃度1mMになる様加え
、室温での培養を一晩継続した。その後、細胞を沈殿させて、さらにPBSに再
懸濁してからドライアイス/エタノ−ルでの凍結と室温、水槽内での融解を4回
繰り返した。遠心分離を行った後、上清をELISA
で分析した。
次のクロ−ンを得た:マウス抗PNA/DNAクロ−ン5,マウス抗PNA/
DNAクロ−ン6ならびにマウス抗PNA/DNAクロ−ン16。
実施例6
選択した陽性クロ−ンの解析
Fab断片を用いたELISAの結果
ストレプトアビジンを固相化したマイクロタイタ−プレ−ト(Maxisor
p,Nunc)をビオチン化したPNA/DNA複合体の100ng/mL濃度
のTHT液と37℃で最低2時間反応させるか、あるいは4℃で一晩反応させた
。PNA/DNA複合体と結合させた後、プレ−トをTHT緩衝液で洗浄してか
ら4%の脱水化スキムミルクのPBS液(PBSM)を1時間半から2時間作用
させてウエルへの非特異的結合をブロックした。THTで洗浄し(Denley
WeWash4)てから組換えFab断片を別々のウエルに加え、37℃で揺
すりながら通常は2時間反応させた。HRP標識ヤギ抗マウス1gG(DAKO
)とPOD(DAKO)をメ−カ−の取扱説明書に従い使用して、結合した断片
を検出した。15−30分後1MのH2SO4を加えて検出反応を停止してからO
D490でプレ−トを測定した(Molecular Decices)。異なる
作業ステップ間の洗浄は全てTHT(Denley WeWash4)を用いて
行った。
さらに最初に分離したクロ−ンから得たFabについて、表1にある様々なP
NA/核酸複合体との反応性を解析した。結果にはOD490値とバックグランド
値を示したが、バックグランド値は0.1以下であったので差し引かなかった。
肩に記した1−4の数字は、結果を得たストレプトアビジンを固相化したマイ
クロタイタ−プレ−トの違いを示している。Fab断片も様々な調製ロットを使
用しているため、得られた絶対値をプレ−ト間で比較することはできない。
表1に示すように、本発明のFab断片は強さにばらつきはあるものの調べた
ほとんどのPNA/DNA複合体と反応した。試験したPNA/DNA複合体の
塩基配列は実施例1に記載したように多様であるが、得られた結果からは抗体の
反応性が塩基配列に関係していないことが示された。反応性がなかった例は、1
本鎖PNAもしくはDNA、あるいは2本鎖のDNAもしくはPNA/RNAで
あった。
以上より、本組換え抗体はPNA−核酸複合体に対して高い特異性を有してい
る。本組換え抗体により認識されるエピト−プの特異性は高いが、この特異性は
PNA/核酸複合体の特異塩基配列よりはむしろPNA−核酸複合体の立体配座
により規定されている。
Fab−ファ−ジ融合体を用いたELISAの結果
マイクロタイタ−プレ−トを上記のストレプトアビジンで固相化したが、本例
ではこのプレ−トを当モル量の様々なPNA/DNA複合体と反応させた、即ち
各複合体について、100ng/mlの液100μlの代わりに3.74nM液
100μlを用いて各ウエルを固相化した。非特異的結合は4%のスキムミルク
のPBS液を2時間反応させてブロックした。THT液で洗浄した後、実施例5
に記載した単クロ−ンFab−ファ−ジを様々な数量各ウエルに加えた。プレ−
トは37℃で揺すりながら2時間反応させた。Fab−ファ−ジの結合はHRP
標識ラビット抗ファ−ジ抗体(DAKO)およびOPD/クエン酸(DAKO)
をメ−カ−の取扱説明書に従い使用して検出した。検出反応は上記同様に停止し
、OD490値
を測定した。各ステップ間の洗浄はTHTを用いて行った。
異なる3種類のクロ−ンより得たFab−ファ−ジの反応性は極めて類似して
いた。各種のPNA/DNA複合体を試験抗原として使用した場合のFab−フ
ァ−ジ、クロ−ン6の力価を図3に示した。曲線は様々なウエル当たりのFab
−ファ−ジ数についてのOD490値を示している。(1.00E+0×は1.0O X
×100Xを意味している)
図3は個々のPNA/DNA複合体に対する抗体反応性の用量−反応曲線を示
している。これらの結果から、異なるPNA/DNA複合体に対して抗体の反応
性が様々であることが確認できる。
2本鎖PNAに対するFab−ファ−ジの反応性についても試験した。PNA
/PNA複合体(H32)は実施例1に報告している。H32のOD490値と3
種類のクロ−ンより得られたFab−ファ−ジのOD490値は、1本鎖PNA(
L8)および1本鎖DNA(L2)のOD490値に近いものであった。
ヤギ抗マウスカッパ二次抗体を用いた検出
検出ステップでカッパ鎖に対する抗マウス二次抗体を利用してELISAアッ
セ−を行った。この抗体はアルカリホスファタ−ゼ標識体(conjugate
)であり、検出はPNPP(p−ニトロフェニルフォスファタ−ゼ;Sigma
)の1Mジエタノ−ルアミン/0.5mM MgCl液を用いて行った。OD40 5
値を表2に示す:
これらの結果より、カッパ鎖が発現されたFab断片中に存在していることが
示された。
競合ELISAアッセイ
組換えFab断片の反応性を免疫源存在下に調べた(PNA/DNA複合体H
12;H2PNA/DNA複合体の非ビオチン化型)。組換え抗体断片を含む周
辺細胞質分画をH12PNA/DNA複合体の量を最終2μg/mlまで増やし
ながら反応させた。混合体は結合H2PNA/DNA複合体を含むELISAウ
エルに移す前に、およそ1時間、37℃で前反応させた。アッセイは一般のEL
ISA操作に従い実施した。使用した2種類の陰性コントロ−ルはFab断片を
発現していない周辺細胞質抽出物と不活性型マウスモノクロ−ナル抗体(DAK
O商品コ−ドX0931)である。2μgH12/mlからH12複合体無しの
状態にするとOD測定値が2−2.5倍増加したのに対し、2種類の陰性コント
ロ−ルを測定した場合にはバックグランド値を越えるシグナルは得られなかった
。サブタイプの決定
組換え断片の抗体サブタイプを、サブタイプ特異的抗体(IgG1,IgG2
a、IgG2b、IgG3)と反応させてHRP標識ヤギ抗ラビット抗体で検出
する通常の方法にしたがったELISAアッセイで調べた。OD490測定値を表
3に示した。
陰性クロ−ンはpFAB5c.His(元のプラスミド)を形質導入した大腸
菌培養体から調製した周辺細胞質抽出物、即ちFab断片を発現していないもの
である。結果から、Fab断片が全てのIgGサブタイプであることが示された
。
ドットブロット解析
ドットブロットアッセイにはNYTRAN NY13N0.45μm膜(Sc
hleicher&Shuell)を使用した。H2PNA/DNA複合体を2
0ng/ドットから0.625ng/ドットまでの2倍希釈液と、希釈緩衝液(
10mM Tris−HCl、0.1mMEDTA、pH8.0)のみ含む陰性
コントロールをこの膜上にドットした。膜は次の様にして試験した:
1.ドットを風乾した後、複合体を2分間紫外線固定した。
2.0.5%のカゼインTS液を65℃で作用させて膜をブロッキングした。
反応は揺すりながら室温でおよそ1時間行った。
3.膜を周辺細胞質分画と室温で一晩反応させた。
4.膜を洗浄する:3回10分間のTST洗浄。
5.検出抗体と1時間半反応させた:ヤギ抗マウス/AP標識(DAKO)、
0.5%のTS液にて希釈。
6.ステップ4に従い洗浄。
7.NBT/BCIPで染色
ドット当たり10ng以下の場合には、3種類全てのクロ−ンのFab断片と
の間で陽性反応が認められた。陰性コントロ−ルはpFAB5c.Hisを形質
導入した大腸菌から調整した周辺細胞質抽出物である。陰性コントロ−ルとの間
に反応は見られなかった。
試薬液:
TS:0.05M Tris−HCl、pH9.0、0.5M NaCl
TST:0.5% Tween のTS液
NBT:ニトロブル−テトラゾリウム(Sigma)
BCIP:5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸、p−トルイジン
塩(Sigma)。
NBT/BCIP:75mg/ml NBT,50mg/ml BCIP。染
色は0.1MのTris−HCl、pH9.0、0.05M MgCl2、0.
1M NaClの1:400希釈液を用いて行った。
クロ−ンのDNA解析
選択した3種類のクロ−ン(それぞれマウス抗PNA/DNAクロ−ン5,ク
ロ−ン6,クロ−ン16)よりプラスミドDNAを調整し、メ−カ−の取扱説明
書(Boehringer Mannheim)に従い制限酵素分析により解析
した。
Sfi1+Not1消化からは、それぞれおよそ1700bpと4600bp
の大きさの2種類の断片が得られた。
Pst1消化からはそれぞれおよそ400bp、1600bp、ならびに42
−4300bpの大きさの断片が得られた。
制限酵素解析の範囲では3種類のクロ−ンの間に差は認められなかった。部分
的配列解析からも、3種類のクロ−ンが極めて近似していることが推測された。
クロ−ン6あるいはクロ−ン16配列をpFAB5c.His配列に挿入した
ハイブリッドベクタ−を1995年、7月19日にDSMに供託している(それ
ぞれDAM10051とDSM10052)。
本例ではN−(2−アミノエチル)グリシン骨格を有するPNAを使用したが
、これに限定されるものではない。別の基本骨格を有するPNAも、PNAが核
酸との間に安定した複合体を形成するも
のであれば本例同様の方法で使用できる。
本出願の優先日を主張するデンマ−ク特許出願番号717/95号の開示内容
は参照により組み入れる。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
G01N 33/531 G01N 33/531 A
//(C12P 21/08
C12R 1:19)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),AM,AU,BG,CA,C
N,CZ,EE,FI,GE,HU,IS,JP,KG
,KR,KZ,LT,LV,MD,NO,NZ,PL,
RO,RU,SG,SI,SK,TJ,TM,UA,U
Z,VN