WO2002086140A2 - Double-strand nucleic acids with one or two individual strand 5' overhangs, method for production and use thereof - Google Patents

Double-strand nucleic acids with one or two individual strand 5' overhangs, method for production and use thereof Download PDF

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    • C12P19/30Nucleotides
    • C12P19/34Polynucleotides, e.g. nucleic acids, oligoribonucleotides

Definitions

  • the present invention relates to new double-stranded nucleic acids with single-stranded overhangs, processes for their preparation and their use in recombination reactions.
  • DNA polymerases and reverse transcriptases require short double-stranded nucleotide sections for a template-dependent DNA re-synthesis.
  • Escherichia coli in the case of DNA replication in vivo, short RNA oligonucleotides synthesized by the primase and hybridizing with the template strand serve as the starting point for the new DNA synthesis by the DNA polymerase III.
  • the incorporated ribonucleotides are then removed by DNA polymerase I and replaced by deoxyribonucleotides, which produces ribonucleotide-free DNA strands [L. Stryer, Biochemistry, 4th edition, 1999, 845-850].
  • reverse transcription i.e. a DNA resynthesis, which is carried out on an RNA template by a reverse transcriptase, serves as a starting point for the DNA resynthesis in vivo tRNA molecules.
  • synthetic deoxyoligonucleotides usually serve as starting points for DNA polymerases or reverse transcriptases in DNA resynthesis in vitro.
  • the synthetic deoxyoligonucleotide becomes an integral part of the newly synthesized DNA strand and is used in a subsequent amplification reaction by a DNA polymerase as a template for the new DNA synthesis.
  • free 3 ' hydroxyl groups of synthetic deoxyoligonucleotides also serve as starting points for DNA polymerases.
  • cDNA double-stranded DNA
  • mRNA messenger RNA
  • DNA polymerases are suitable for this purpose: DNA polymerase I from Escherichia coli, its shortened form (Klenow fragment), the T4 or T7 DNA polymerases encoded by the bacteriophages T4 and T7, and thermostable DNA polymerases - Like the Taq or Pfu DNA polymerase from Thermus aquaticus or Pyrococcus furiosus.
  • DNA polymerase I from Escherichia coli
  • thermostable DNA polymerases Like the Taq or Pfu DNA polymerase from Thermus aquaticus or Pyrococcus furiosus.
  • synthetic deoxyoligonucleotides are generally used for gene-specific molecules; in addition, the use of oligonucleotides with a random composition is disclosed in the prior art in some special cases [cf. U.S. Patent 5,043,272].
  • double-stranded linear DNA sections can be generated using the methods mentioned.
  • the nucleotide composition of the ends of these DNA molecules is determined by the oligonucleotides used. Usually double-stranded DNA molecules with smooth ends are obtained.
  • Taq DNA polymerase also makes it possible to synthesize double-stranded DNA molecules in which there is usually an adenine deoxynucleotide overhang (3 ' dA) at each 3 ' end [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, 2000. Page 15.7.1].
  • the method of inserting a DNA section into a plasmid essentially follows two enzymatic steps.
  • linear DNA sections with defined ends are generated using sequence-specific restriction endonucleases.
  • the compatible ends between plasmid and DNA to be inserted are covalently linked with the aid of the enzyme DNA ligase to form a circular, hybrid DNA molecule [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, Volume 2000, pages 3.16.1 to 3.16.10].
  • oligonucleotides to be used can generally be used to insert the required endonuclease interfaces, which are then used within the in - / ⁇ r ⁇ recombination can be [cf. Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology 2000, page 3.15.51.
  • the amplified DNA fragment can alternatively also be clipped over its smooth ends.
  • the adenine nucleotide at each 3 ' end can be used for the cloning of the amplified DNA fragment for fusion with a linearized plasmid 3 - overhanging thymine or uracil nucleotides can be used.
  • Commercially available cloning aids are available for both strategies.
  • the DNA to be cloned is amplified in the presence of oligonucleotides which contain deoxyuracil nucleotides [US Pat. Nos. 5229283 and 5137814].
  • This method makes it possible to modify the 5 ' ends of amplified DNA over a section of twelve nucleotides, with every third base being a deoxyuracil nucleotide.
  • UDG uracil DNA glycosylase
  • every third nucleotide is an adenine deoxynucleotide. This means that the composition of the 3 'ends cannot be influenced arbitrarily. On the other hand, a suitable linearized one is inevitable
  • a plasmid is required in which every third nucleotide represents a thymine deoxynucleotide. It is therefore obvious that this second disadvantage also means that this method is by no means fully applicable.
  • a newer method of the ligation- and restriction endonuclease-free cloning technique known from the prior art is cloning with vaccinia DNA topoisomerase [US Pat. No. 5,766,891; Shuman in: The Journal of Biological Chemistry, 269 (1994) 32678].
  • One of the two DNA sections to be fused is covalently linked to the vaccinia DNA topoisomerase I via its 3 ' ends.
  • Cre recombinase Another recombinant DNA technique known from the prior art, which does not require restriction endonucleases and does not use DNA topoisomerases, uses the Cre recombinase. This enzyme, originally encoded by bacteriophage P1, is able to recognize and recombine specific DNA sequence elements - so-called loxP sites, which are 34 base pairs in size [Liu et al., Current Biology, 8 (1998) 1300; Abnemski et al., Cell, 32_ (1983) 1301].
  • this methodology can be used universally - on the other hand, it necessarily requires a second enzymatic step, the subsequent treatment with T4-DNA polymerase having to be strictly limited in time in order to break down the DNA to be recombined excessively to avoid.
  • the attachment sites of the primer pairs are chosen so that they attach to the template DNA in a spatially offset manner.
  • the resulting PCR products are largely identical, but differ at the ends defined by the primer sequences. If the two PCR products are then mixed, heat-denatured and then renatured again by cooling, this results in part in double-stranded DNA molecules in which the DNA single strands originate from different PCR reactions.
  • the overhangs used by Gal begin with the tetrahydrofuran partial structure and extend to the end of the primer.
  • PCR products can be cloned in a directed manner, but in most cases either a nucleotide is deleted or an incorrect nucleotide is inserted.
  • the method cannot therefore be used for standardizable, universally suitable, directed cloning of PCR products.
  • Coljee et al. (Coljee et al., Nature Biotechnology, 18 (2000) 789; US Pat. No. 6,358,712] discloses that, using oligonucleotides which contain ribonucleotide building blocks, the polymerase chain reaction (PCR) can be used to generate double-stranded nucleic acid molecules which, depending on the type of DNA polymerase used either have 5 ' RNA overhangs or blunt ends.
  • PCR polymerase chain reaction
  • two double-stranded nucleic acid molecules with mutually complementary 5 ' RNA overhangs are ligated in one of the methods described, a hybrid being formed from double-stranded DNA with portions of double-stranded RNA.
  • the entire nucleic acid molecule is reamplified, whereby (due to the fact that Taq DNA polymerase can use RNA building blocks as a template) an RNA-free double-stranded DNA molecule is formed. In this way, a directed in vitro recombination of DNA is made possible.
  • a decisive disadvantage of this method is that, on the one hand, several PCR steps with different DNA polymerases have to be carried out and, on the other hand, the Taq DNA polymerase, which works with a high error rate, must be used for reamplification. As a result, this method is ultimately time-consuming and prone to errors.
  • the present invention is accordingly based on the object of overcoming the disadvantages of the methods known from the prior art and of providing a simple, time-saving and molecular biologically versatile process for the production of DNA double strands with one or two projecting 5 'ends ,
  • Another object of the present invention is to provide a
  • the object of the present invention is, in particular, to provide a method which makes it possible to directly recombine the DNA double strands thus produced with protruding 5 'ends without further enzymatic manipulations.
  • Another object of the present invention is to provide an improved method for generating DNA which is complementary to mRNA and can be cloned in a directed manner.
  • Another object of the present invention is to provide an improved process for the production of synthetic and semi-synthetic genes.
  • Another object of the present invention is to provide a method for switching off or replacing genes or for producing transgenic organisms and for gene therapy. Another object of the present invention is to provide an improved analysis method for the analysis of differentially expressed genes.
  • Another object of the present invention is to provide an improved method for purifying DNA.
  • these objects are achieved by the use of appropriately designed oligonucleotides which have one or more polymerase-resistant nucleotide (s) which ensure that the matrix-dependent DNA re-synthesis is terminated as soon as a polymerase reaches this nucleotide.
  • s polymerase-resistant nucleotide
  • an adapter is understood to mean a double-stranded nucleic acid molecule which has arisen from the attachment of two oligonucleotides.
  • a deoxy-oligonucleotide is to be understood as a single-stranded polymer composed of deoxyribonucleotides.
  • a DNA polymerase is to be understood as an enzyme which synthesizes DNA depending on the template and uses DNA as a template.
  • a reverse transcriptase also embodies a DNA polymerase.
  • nucleotide analog is to be understood as a nucleotide which is changed at least at one molecular position in relation to a deoxynucleotide.
  • an oigonucleotide is understood to mean a single-stranded polymer composed of nucleotides, the Nucleotides can embody both deoxyribonucleotides and ribonucleotides.
  • Polymer-resistant oligonucleotide Among a polymerase-resistant oligonucleotide is one
  • oligonucleotide which contains at least one nucleotide analog with a protective group conferring polymerase resistance, wherein the nucleotide analog cannot be used by a DNA polymerase as a template for a new DNA synthesis.
  • the polymerase-resistant oligonucleotides according to the invention can, however, be used by a DNA polymerase as a starting molecule for DNA resynthesis.
  • a protective group conferring polymerase resistance is to be understood as a chemically modified deoxyribonucleotide, the modification in the form of a protective group ensuring that the nucleotide analogs thus modified are no longer of a DNA polymerase as a template for DNA -New synthesis can be used.
  • reverse transcriptase is to be understood as an enzyme which synthesizes DNA on an RNA template, but also on a single-stranded DNA template.
  • the 5 ' DNA end (s) protruding in the DNA are generated by incorporating modified, polymerase-resistant oligonucleotides.
  • Such polymerase-resistant oligonucleotides embody a further object of the present invention and can be introduced into a DNA strand to be synthesized by DNA polymerases or by reverse transcriptases.
  • a polymerase-resistant oligonucleotide is characterized in that it:
  • a) does not occur naturally; b) can serve as the starting point for a template-dependent DNA re-synthesis by DNA polymerases or reverse transcriptases; c) contains at least one nucleotide analog which cannot be used by a DNA polymerase as a template for DNA resynthesis and therefore serves as a protective group which causes the polymerase activity of DNA polymerases to stop at this point. d) it does not impair the ligability of the newly synthesized DNA double strand.
  • Deoxyribonucleotides and ribonucleotides derivatized on the phosphate group among which phosphorothioate-modified deoxyribonucleotides and phosphorothioate-modified ribonucleotides are preferred.
  • a ribose partial structure derivatized at the 5 ' position of the ribose ring by a phosphorothioate group is particularly preferably used as the protective group conferring polymerase resistance.
  • alkyl-modified nucleotide building blocks can be successfully used as protective groups conferring polymerase resistance at different positions.
  • alkylated nucleotides mentioned are either commercially available or can be easily prepared in a manner known from the prior art.
  • 2'-methoxy ribonucleotides are particularly preferably used.
  • substituents with an alkoxyalkylene structure can be used, including, for example, the grouping - [(CH 2 ) 2 ] q -O-alkyl in which q is an integer 1, 2, 3, 4 or 5 and alkyl has the meaning given above.
  • Partial structure are substituted with a dye, among which dyes of the fluorescein type or TAMRA are preferred.
  • nucleotide surrogates which do not have any of the bases known from the naturally occurring nucleotides, including ribose or
  • Deoxyribose are preferred, which may optionally be substituted or derivatized, among which phosphorothioate-derivatized riboses or deoxyriboses are preferred. 7. Ribonucleotides or deoxyribonucleotide replacing structures such as branched or unbranched polyether structures, including
  • Another object of the invention is the use of several protective groups conferring polymerase resistance within one polymerase-resistant oligonucleotide. These can occur either in direct succession or alternately. However, this is not necessary since the protective group conferring polymerase resistance which is closest to the 3 ' end causes the DNA polymerase to be stopped. Furthermore, a combination of modifications, each of which alone brings about polymerase resistance, is possible. This is the case, for example, when using a phosphorothioate-modified ribonucleotide building block.
  • oligonucleotide has, for example, the general formula:
  • the oligonucleotide comprises, for example, 9 nucleotides, each X for any deoxyribonucleotide (dA, dT, dC or dG) and y stands for any ribonucleotide (A, U, C or G), which is located here at nucleotide position four.
  • oligonucleotide can have any number of nucleotides.
  • the oligonucleotide described in the general formula comprises 1 to 15, preferably 1 to 10 and very particularly preferably 1 to 4 in the desired 5 'overhang and 3 to 150, preferably 15 to 30 and particularly preferably 18 to 25 nucleotides in the later complementary substructure.
  • the ribonucleotide (y) can be located at any position in the oligonucleotide. Furthermore, it can be additionally modified the ribonucleotide, in particular it may be a 2 'O-methyl group and / or a phosphorothioate group possess.
  • Every oligonucleotide with a protective group conferring polymerase resistance can be designed freely according to the respective requirements.
  • the 3 ′ region of the polymerase-resistant oligonucleotide is generally designed in such a way that it has six to thirty nucleotides hybridizing with the template strand.
  • Deoxyoligonucleotide a DNA section then the size of the 5 ' overhang introduced by the polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotide is determined solely by the position of the ribonucleotide building block (y). The 5 ' overhang begins with the ribonucleotide (y) and continues until the 5 ' end of the polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotide used.
  • the 5 ′ overhang would therefore be four nucleotides, which are composed of three deoxyribonucleotides (X) and one ribonucleotide (y) acting as a protective group.
  • the second end of the amplified DNA molecule would have a smooth end since a conventional deoxyoligonucleotide was used.
  • the PCR product generated in this way can, since the ends are different, be built into a vector with compatible ends.
  • two polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotides are to be used according to the inventive method.
  • a directed cloning of a PCR product can be achieved by using a nucleotide sequence produced according to the present invention.
  • a linearized cloning vector with compatible DNA ends is required. These ends may have been generated, for example, by treatment with restriction endonucleases (cf. Example 1!).
  • the required linear vector can also be generated via PCR amplification using suitable polymerase-resistant oligonucleotides, analogously to that already described (see Example 7!).
  • the production of the cloning vector in this way has several decisive advantages:
  • DNA recombination with a less self-ligated vector can be expected than in the case when the ends were generated by restriction endonucleases.
  • Reasons for incomplete restriction digestion include methylated DNA recognition sequences, suboptimal reaction conditions or enzyme instabilities.
  • a double-stranded DNA molecule with one or two protruding 5 ' ends produced by using polymerase-resistant oligonucleotides can in principle be fused with each double-stranded DNA molecule via compatible ends or by homologous recombination.
  • plasmids, phagemids, cosmids, artificial chromosomes of yeast or bacteria (YAC, BAC), naturally occurring chromosomes or already modified chromosomes are suitable cloning systems.
  • PCR polymerase chain reaction
  • any naturally occurring or recombinant DNA polymerase can be used to synthesize a DNA strand starting from a polymerase-resistant oligonucleotide, depending on the template.
  • Double-stranded or single-stranded DNA can serve as the template DNA, the double-stranded DNA, in order to be able to serve as a template, must be at least partially denatured.
  • double-stranded template DNA there are primarily those which have arisen from treatment with restriction endonucleases or from PCR.
  • Single-stranded template DNA can be isolated, for example, from recombinant bacteriophages or produced by means of a PCR reaction with only one oligonucleotide.
  • mRNA messenger RNA
  • Another object of the invention is the use of polymerase-resistant oligonucleotides in the synthesis of double-stranded DNA (cDNA) complementary to messenger RNA (mRNA).
  • cDNA double-stranded DNA
  • mRNA messenger RNA
  • reverse transcriptase enzyme it is possible to start from a single-stranded DNA or RNA template (eg: mRNA, tRNA, rRNA) to generate a complementary DNA strand.
  • a single-stranded DNA or RNA template eg: mRNA, tRNA, rRNA
  • a short double-stranded nucleotide segment which was generated, for example, by the addition of a deoxyoligonucleotide, serves as the starting point for DNA synthesis by means of a reverse transcriptase.
  • anchored oligo dT oligonucleotides serve as starter oligonucleotides, which hybridize with the 5 ' beginning of the poly-A tail of mRNA.
  • the nucleotides which serve as “anchors”, hybridize with the ribonucleotides located directly in front of the poly A tail.
  • gene-specific oligonucleotides and randomly produced oligonucleotides are used in the synthesis of the first DNA strand which is complementary to the mRNA.
  • polymerase-resistant oligonucleotides can be used to synthesize this DNA first strand (see Example 8).
  • these can also be produced as anchored oligo dT oligonucleotides, as gene-specific oligonucleotides, as random oligonucleotides or as non-anchored oligo dT oligonucleotides.
  • the great advantage of using a polymerase-resistant oligonucleotide in cDNA first strand synthesis is that a protective group is inserted into this DNA strand.
  • This protective group has the effect that, when the second cDNA strand is synthesized by conventional methods known to the person skilled in the art, a 5 'protruding end of a known sequence is obtained at its 3 ' region.
  • the 5 ' region of the double-stranded cDNA produced is smooth, as in conventional methods.
  • the cDNA second strand synthesis is also carried out using a polymerase-resistant oligonucleotide.
  • a polymerase-resistant oligonucleotide In this way, a double-stranded cDNA with 5 ' projecting ends on both sides is obtained, which can be cloned in a directed manner.
  • its 3 ' end In order to enable the attachment of the second polymerase-resistant oligonucleotide to the cDNA first strand, its 3 ' end must have a known nucleotide sequence. This can be achieved, for example, by treating the first strand of cDNA with the enzyme terminal deoxynucleotide transferase in the presence of only one deoxynucleotide.
  • deoxyguanosine 5 - End of cDNA 'triphosphate a poly-dG-tailed to the 3' first strand added.
  • a poly-dG-tailed to the 3' first strand added.
  • Such a 3 ' end can then be easily attached to the polymerase-resistant oligonucleotide required for the synthesis of the second strand of cDNA, which contains a poly-deoxycytidylate sequence which enables hybridization.
  • the non-hybridizing deoxyguanylates are cleaved off at the 3 ' end of the first strand cDNA.
  • a double-stranded cDNA molecule with 5 'protruding ends is thus generated, which can be clipped in a directed manner.
  • the directional incorporation of a cDNA for example, has significant advantages in an expression cloning approach in that it doubles the probability of finding the cDNA sought.
  • genes are often made more difficult or completely prevented by the fact that certain codons cannot be converted into the corresponding amino acid, or only with difficulty, by the system used for expression.
  • the synthesis of genes is therefore mainly used to adapt codons to the selected expression system, but also to introduce previously non-existing restriction sites and has been used increasingly recently.
  • deoxyoligonucleotides for partial or total gene synthesis is well known in the art.
  • Complementary deoxyoligonucleotides are synthesized separately and then hybridized to adapters. These double-stranded DNA molecules are then inserted into a suitable plasmid. Since the coupling yields in oligonucleotide synthesis are below 100%, it follows that the longer it is, the more defective an oligonucleotide is. For this reason, only oligonucleotides with a size between 80-120 nucleotides are generally used in gene synthesis.
  • Oligonucleotides can accelerate gene synthesis.
  • two polymerase-resistant oligonucleotides with a size of 120 nucleotides each are used, both of which have a protective group conferring polymerase resistance at the 5 ' end and which continue to hybridize with one another via their 3 ' regions over a section of 20 nucleotides. If these hybridizing oligonucleotides are treated with a DNA polymerase, then this enzyme produces a double-stranded DNA molecule with a size of 200 base pairs and different protruding 5 ' ends. This DNA molecule can then be directionally cloned. Compared to the methods known from the prior art, the procedure according to the invention has the following advantages:
  • the method according to the invention makes it possible to generate larger DNA molecules with a lower error rate, since in the resulting double-stranded DNA molecule only half of the nucleotides originate from the defective oligonucleotide synthesis, while the other half is incorporated by a DNA polymerase that works much more precisely has been.
  • homologous recombination exchange of genetic information between two nucleic acid segments.
  • homologous recombination it is crucial that the two mutually replacing nucleic acid sequences have homologous, but preferably almost identical, sequences.
  • the exchange requires the following steps: First, the two DNA sequences to be recombined must be attached to each other, then strand breaks must occur in both strands, each of these strands separating from its intact partner strand in order to hybridize with the other partner. The new double helix that forms is then covalently linked by cellular repair enzymes.
  • oligonucleotides with the property of being able to form triple helices. These oligonucleotides are usually polymers made from deoxy-ribonucleotides and ribonucleotides. These oligonucleotides then change the natural sequence segments [US Pat. No. 5,962,426].
  • DNA molecules with large 5-protruding ends can be generated, which can be designed so that they are homologous to a target gene. Such a DNA molecule therefore integrates efficiently at the desired gene locus.
  • DNA molecules with large 5 ' protruding ends produced by means of polymerase-resistant oligonucleotides can also be used for the generation of transgenic organisms and for gene therapy if these are carried out via the mechanism of homologous recombination.
  • Methods for identifying differently expressed genes are based on isolating the mRNAs from differently stimulated cells and rewriting them into cDNAs in order to then compare the existing cDNAs semi-quantitatively.
  • SAGE Serial Analysis of Gene Expression, Velculescu et al., Science, 270 (1995) 484; US-Psen 5,866,330 and 5,695,937
  • restriction fragments from all existing cDNAs are ligated together and then sequenced.
  • the disadvantage of the method is that poorly expressed genes cannot be detected.
  • Methods that can also detect low-expression genes are based on the amplification of the cDNAs by PCR. For this purpose, the cDNAs obtained are cut with enzymes which very often hydrolyze DNA.
  • Oligonucleotide adapters of known sequence are then ligated to the resulting DNA ends.
  • sequences introduced via the oligonucleotide adapters are then used.
  • DEPD digital expression pattern display, [German Patent No.
  • READS Restriction enzyme analysis of differentially expressed genes
  • TOGA Total gene expression analysis
  • polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded cDNA has the advantage when using the SAGE technique that the ligation of the cDNAs could be carried out more efficiently. If polymerase-resistant anchored oligo dT oligonucleotides are used in the synthesis of the first cDNA strands, there is a further advantage that the 3 ' regions within the cDNA population can preferably be obtained. This significantly reduces the sequencing effort and bioinformatics analysis. As a result, the method can be carried out more cost-effectively without loss of information.
  • polymerase-resistant oligonucleotides For this purpose, only the oligonucleotide adapters used for the ligation need to be replaced by those with polymerase-resistant oligonucleotides (claims 37 and 38).
  • cDNA sections that have 5 'protruding ends would then be amplified. If the nucleotide composition is selected accordingly, these can be ligated and then sequenced.
  • mRNA isolation of a nucleic acid species is the isolation of mRNA.
  • This method makes use of the fact that mRNAs have a poly (A) sequence at the 3 ' end.
  • oligo (dT) coated matrices the mRNAs can therefore be isolated via their poly (A) sequence hybridizing with them.
  • Linear DNA molecules have no protruding ends of sufficient size to be isolated using a comparable affinity chromatography.
  • the size and sequence of the 5 ' overhang can be designed as desired. This allows protruding ends of sufficient size to be produced which are suitable for affinity chromatography
  • Fig. 1 shows schematically the production of a double-stranded DNA molecule with two 5 ' projecting ends, which are compatible with EcoRI or Xbal cut DNA.
  • overhangs were introduced according to the method according to the invention via polymerase-resistant oligonucleotides in a polymerase chain reaction.
  • the nucleotides that confer polymerase resistance within the oligonucleotides are responsible for the formation of the overhangs.
  • the PCR product was then inserted into a plasmid, the compatible ends of which had been generated by restriction endonucleases.
  • the PCR is carried out using polymerase-resistant oligonucleotides, which are indicated by arrows.
  • the polymerase resistance-conferring nukeotide analogs of the oligonucleotides are marked with lowercase letters.
  • the PCR produces a DNA molecule with two 5 ' protruding ends, the left of which is compatible with EcoRI cut DNA and the right one with Xbal cut DNA.
  • This PCR-ProduM can be cloned by restriction enzymes without further modification.
  • the plasmid fragment could be generated with appropriate polymerase-resistant oligonucleotides, but in this case would have to be phosphorylated before the ligation.
  • oligonucleotides used and listed below were obtained from MWG-Biotech AG (Ebersberg, Germany) and QIAGEN Operon Cologne.
  • the lyophilized oligonucleotides are dissolved in deionized water.
  • the protective groups on the ribonucleotide building blocks are split off beforehand according to the manufacturer's instructions.
  • the oligonucleotides are deoxy-oligonucleotides, in each of which the underlined and small print nucleotide in position 4 is a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
  • This oligonucleotide is a DNA / RNA hybrid.
  • the underlined and small print nucleotide in position 4 is an RNA building block which is additionally modified at the 5 position of the ribose phosphorothioate.
  • This oligonucleotide is a DNA / RNA hybrid. Only the underlined and small print nucleotide in position 4 is an RNA building block which is additionally modified at the 2 ' position of the ribose 2-O-methyl.
  • 4A 5-AATuCGGTATTAAGATATGCAGTGTACAT-3 ' (SEQ ID NO: 5)
  • 4B 5-TCGaGTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3 ' (SEQ ID NO: 6)
  • the oligonucleotides are hybrid DNA / RNA oligonucleotides, in each of which the underlined and small print nucleotide in position 4 represents a ribonucleotide building block.
  • 5A 5 -CATATGGCCATGGGTATTAAG ATATGCAGTGTAC AT-3 ' (SEQ ID NO: 7)
  • 5B 5 -CATTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3 ' (SEQ ID NO: 8)
  • Oligonucleotide 5A (SEQ ID NO: 7) is an unmodified deoxy oligonucleotide.
  • Oligonucleotide 5B (SEQ ID NO: 8) embodies a deoxy oligonucleotide in which the underlined and small-sized nucleotide in position 2 is a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
  • 6A 5 -UGAGATGCTGAGCAGCATGGA-3 ' (SEQ ID NO: 9)
  • 6B 5 -ACTAGAAGGCACAGTCGAG-3 ' (SEQ ID NO: 10)
  • Oligonucleotide 6A is a DNA / RNA hybrid in which the nucleotide at the 5 ' end represents an uracil ribonucleotide.
  • Oligonucleotide 6B is an unmodified deoxy oligonucleotide.
  • the oligonucleotides 7A (SEQ ID NO: 11) -7D (SEQ ID NO: 14) are DNA / RNA hybrids, in each of which the nucleotide at position 12 is an RNA building block.
  • 8B 5 -GCAGAATCATGATGACTAC-3 ' (SEQ ID NO: 16)
  • 8C 5 -AGCATCTACTAATCTGCAC-3 ' (SEQ ID NO: 17)
  • Oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) is a DNA / RNA hybrid in which the nucleotide at position 4 is an RNA building block. Oligonucleotides 8B (SEQ ID NO: 16) and 8C (SEQ ID NO: 17) embody unmodified deoxy oligonucleotides.
  • Pfu-DNA polymerase Promega, Mannheim
  • Pfu-Turbo-DNA polymerase (Stratagene, La Jolla, USA)
  • QBio-Taq-DNA polymerase Q-Biogen, Heidelberg
  • Taq-DNA polymerase Promega, Mannheim
  • pUC19 New England Biolabs, FranMurt / range
  • pCR4 Invitrogen, Groningen, The Netherlands
  • pGEXmod EigenstrustruM, based on pGEX-2T (Amersham Pharmacia Biotech, Freiburg) in which the cloning sites in the polylinker were modified.
  • Extractions of DNA from agarose gels were carried out using a commercially available gel extraction kit - such as e.g. the QIAquick Gel Extraction Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE - according to the manufacturer's instructions.
  • a commercially available gel extraction kit - such as e.g. the QIAquick Gel Extraction Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE - according to the manufacturer's instructions.
  • the isolation of DNA from PCR reaction batches or other enzymatic reaction batches was also carried out using a commercially available purification kit for PCR reaction batches - such as e.g. the QIAquick PCR Purification Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE) - according to the manufacturer's instructions.
  • a commercially available purification kit for PCR reaction batches such as e.g. the QIAquick PCR Purification Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE) - according to the manufacturer's instructions.
  • oligonucleotides 1A and 1 B were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE by means of the polymerase chain reaction (PCR).
  • Both oligonucleotides (1A (SEQ ID NO: 1) and 1 B (SEQ ID NO: 2)) embody deoxy oligonucleotides, each of which contains a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
  • the cDNA from TACE of the mouse (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709) was used as the template DNA in the PCR.
  • the error-reading and error-correcting Pfu-DNA polymerase was used for the amplification of the TACE cDNA section. This enzyme usually produces smooth DNA ends during PCR.
  • the isolated PCR product was then ligated to a pUC19 plasmid fragment by a DNA ligase.
  • the pUC19 plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pUC19 was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xbal, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
  • DNA ends can only be linked by a DNA ligase if the DNA ends to be linked are compatible with one another. This is always the case with two smooth DNA ends, but with protruding DNA ends this is only possible if the DNA ends to be linked can base pair with each other.
  • oligonucleotides 1A and 1B SEQ ID NO: 2.
  • the two oligonucleotides are deoxyoligonucleotides, each of which contains a phosphorothioate-modified DNA building block at nucleotide position four.
  • a PCR product with 5 ' protruding ends that are compatible with EcoRI and Xbal cut DNA must have on one side the 5 ' overhang AATT compatible with EcoRI and on the other side the Xbal compatible 5 ' overhang CTAG.
  • Oligonucleotide 1A produced the EcoRI-compatible 5 ' overhang of the following composition on the PCR product: 5'-AATt.
  • the underlined and small-pressed nucleotide is a phosphorothioate-modified thymine deoxyribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang.
  • the second 5 ' overhang of the PCR product has the following composition: 5 -CTAg.
  • the underlined and small print nucleotide is a guanine deoxyribo deoxyribose nucleotide modified at the 5 ' position of the phosphorothioate, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang was generated by the oligonucleotide 1 B (SEQ ID NO: 2) and is compatible with DNA ends which have been generated by treatment with the restriction endonuclease Xbal.
  • the PCR-ProduM thus has two different protruding 5 ' ends.
  • Each of the overhangs begins with the phosphorothioate-modified deoxyribonucleotide building block of the oligonucleotides 1A (SEQ ID NO: 1) and 1 B (SEQ ID NO: 2) built into the PCR product and extends to their 5 ' ends.
  • Such a PCR product can therefore be built into a plasmid which has previously been treated with EcoRI and Xbal.
  • the generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if a polymerase chain reaction is carried out with polymerase-resistant deoxy-oligonucleotides, in each of which one nucleotide contains phosphorothioate modification at the 5 ' position of the deoxyribose.
  • the size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the phosphorothioate modification within the oligonucleotide.
  • the overhang begins with the phosphorothioate-modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR-ProduM.
  • protruding 5 ' DNA ends of any composition and size can be created. These can be designed to be compatible with DNA ends through
  • Restriction endonucleases were generated. It is also possible to use this method to produce protruding 5 ' DNA ends which have hitherto not been able to be produced by any restriction endonuclease. This opens up completely new possibilities for recombinant DNA.
  • the oligonucleotides 2A (SEQ ID NO: 3) and 1 B (SEQ ID NO: 2) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE using the polymerase chain reaction.
  • the oligonucleotide 2A (SEQ ID NO: 3) is a DNA / RNA hybrid in which only the nucleotide in position four is an RNA building block which is additionally modified at the 5 ' position of the ribose phosphorothioate.
  • Oligonucleotide 1B (SEQ ID NO: 2) is a deoxy oligonucleotide which contains a phosphorothioate-modified DNA building block.
  • the cDNA from TACE of the mouse was used as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709).
  • the 410-base pair PCR-ProduM obtained with the Pfu-Turbo DNA polymerase was isolated with the QIAquick PCR-Purification Kit (Qiagen, Germany) according to the manufacturer's instructions.
  • the PCR product isolated in this way was ligated with a pGEXmod plasmid fragment cut with EcoRI and Xbal.
  • the pGEXmod plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pGEXmod was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xbal, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
  • DNA sequencing on a randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR product was integrated without error between EcoRI and Xbal in pGEXmod and that the ribonucleotide component uracil had been replaced by the DNA component thymine. This shows that the DNA repair mechanisms of the BaMeries used were able to exchange the phosphorothioate-modified nucleotides (a ribonucleotide and a deoxyribonucleotide) present in the ligated recombinant plasmids for natural DNA building blocks.
  • Oligonucleotide 2A (SEQ ID NO: 3) produced a 5 'overhang of the following composition during PCR: 5 ' AATu.
  • the underlined and small print nucleotide is a Phosphorothioate-modified uracil ribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang is compatible with DNA ends generated by the restriction endonuclease EcoRI.
  • the second 5 ' overhang of the PCR product has the following composition: 5 ' -CTAg.
  • the underlined and imprinted nucleotide is a
  • Phosphorothioate-modified guanine deoxyribonucleotide which is solely responsible for the formation of the overhang.
  • This overhang was generated in the PCR by the oligonucleotide 1 B (SEQ ID NO: 2) and is compatible with DNA ends which have been generated by the residual ion endonuclease Xbal.
  • the PCR product thus has two different ends and could therefore be installed in pGEXmod between EcoRI and Xbal.
  • oligonucleotides each contain only one nucleotide conferring polymerase resistance. This can either be a phosphorothioate-modified deoxyribonucleotide or a phosphorothioate-modified ribonucleotide.
  • the size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the phosphorothioate-modified nucleotides.
  • the overhang begins with the phosphorothioate-modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
  • oligonucleotides 2A and 3B were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE using the polymerase chain reaction. Both oligonucleotides are DNA / RNA hybrids, each containing an RNA building block at position four.
  • oligonucleotide 2A SEQ ID NO: 3
  • 3B SEQ ID NO: 4
  • this RNA building block is additionally modified at the 5 ' position of the Ribose phosphorothioate, whereas with oligonucleotide 3B (SEQ ID NO: 4) the RNA building block is at the 2 ' position of the Ribose 2-O -Methyl- modified.
  • the cDNA from TACE of the mouse was used as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709).
  • the 410-base pair PCR-ProduM obtained with the Pfu-DNA polymerase was isolated with the QIAquick PCR-Purification Kit according to the manufacturer's instructions and ligated with the pGEXmod plasmid fragment cut with EcoRI and Xbal described in Example 2.
  • Phosphorothioate modification the other a 2-O-methyl modification for natural DNA building blocks.
  • the formation of the overhang is solely responsible. This overhang is compatible with DNA ends generated by the restriction endonuclease EcoRI.
  • the second 5-overhang of the PCR-ProduM has the following composition: 5 ' -CTAg.
  • the underlined and small-pressed nucleotide is a 2-O-methyl-modified guanine ribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang.
  • This overhang was generated by the oligonucleotide 3B (SEQ ID NO: 4) in the PCR and is compatible with DNA ends which were generated by the restriction endonuclease Xbal.
  • the PCR-ProduM thus has two different ends and could therefore be installed in pGEXmod between EcoRI and Xbal.
  • the generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if a polymerase chain reaction is carried out with two modified hybrid DNA / RNA oligonucleotides. It is sufficient if the two oligonucleotides each contain only one modified ribonucleotide building block.
  • the modification of the ribonucleotide building block can represent a phosphorothioate or a 2-0-methyl modification.
  • the size of the 5 ' overhang is determined solely by the location of the modified nucleotide.
  • the overhang begins with the modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
  • the oligonucleotides 4A (SEQ ID NO: 5) and 4B (SEQ ID NO: 6) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of bovine Adam 10 by means of the polymerase chain reaction.
  • the oligonucleotides 4A (SEQ ID NO: 5) and 4B (SEQ ID NO: 6) are hybrid DNA / RNA oligonucleotides in which only the nucleotide in position four represents a ribonucleotide building block.
  • the 150 base pair PCR product obtained with the Taq DNA polymerase was isolated using the QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Germany) according to the manufacturer's instructions. The purified PCR-ProduM was then treated with T4 DNA polymerase. The QIAquick PCR Purification Kit was then used to isolate the treated PCR product.
  • the PCR-ProduM isolated in this way was then ligated with a pGEXmod plasmid fragment.
  • the pGEXmod plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pGEXmod was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xhol, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit according to the manufacturer's instructions (Qiagen, Germany).
  • the recombinant plasmid was present in more than 90% of the clones examined.
  • the oligonucleotide 4A (SEQ ID NO: 5) produced a 5 ' overhang of the following composition: 5 -AATu.
  • the second 5 overhang was introduced into the PCR product by the oligonucleotide 4B (SEQ ID NO: 6) and has the following composition: 5 -TCGa.
  • the small print and underlined nucleotides are ribonucleotides that have no further modifications.
  • the ribonucleotide building block is responsible for the formation of the respective overhang.
  • the PCR product thus has two different ends that are compatible with DNA ends that were generated by EcoRI or Xhol. It is therefore possible to insert this PCR product in a directed manner into a correspondingly prepared plasmid.
  • the generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if one polymerase chain reaction is carried out with two hybrid DNA / RNA oligonucleotides. It is sufficient if the two oligonucleotides each contain only one ribonucleotide building block.
  • the size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the ribonucleotide. The overhang begins with the ribonucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
  • the 150 base pair PCR product obtained with the Pfu DNA polymerase was isolated from an agarose gel with the QIAquick Gel Extraction Kit and ligated with a linear pUC19 plasmid fragment.
  • the pUC19 plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pUC19 was first cut with the restriction endonucleases Smal and Accl, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
  • the 5 ' overhang comprising two nucleotides was introduced into the PCR product by oligonucleotide 5B (SEQ ID NO: 8) and has the following composition: 5 ' -Cg.
  • the small-sized nucleotide is a
  • Phosphorothioate-modified DNA building block which is responsible for the formation of the overhang.
  • the PCR product thus has two different ends, so it can be built into a suitably prepared plasmid.
  • the generation of double-stranded DNA with a 5 ' end protruding by two nucleotides is possible if one carries out a polymerase chain reaction with deoxyoligonucleotides, one of which has a phosphorothioate-modified DNA building block which confers polymerase resistance.
  • the size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the modified nucleotide, begins with this building block and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR-ProduM.
  • Oligonucleotide hybrids 6A (SEQ ID NO: 9) and deoxyribonucleotide 6B (SEQ ID NO: 10) were first produced via the polymerase chain reaction with a double-stranded DNA molecule with a 5 ' end protruding by a nucleotide and a smooth 5 ' end ,
  • the cDNA from AdarnlO of bovine served as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: Z21961).
  • the QBio-Taq DNA polymerase which is a modified Taq DNA polymerase. This enzyme, like Taq DNA polymerase, has no error-reading activity. In contrast to Taq DNA polymerase, however, this enzyme normally produces smooth DNA ends.
  • oligonucleotide 6A SEQ ID NO: 9
  • the small print and underlined nucleotide is a ribonucleotide building block, which is responsible for the formation of the overhang and in this case is compatible with DNA cut by EcoNI.
  • the PCR-ProduM thus has two different ends and can therefore be built into a suitably prepared plasmid.
  • Oligonucleotides 7A and 7B were used to amplify the plasmid backbone of pCR4 (Invitrogen, the Netherlands).
  • the oligonucleotides 7C (SEQ ID NO: 13) and 7D (SEQ ID NO: 14) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE by means of the polymerase chain reaction.
  • the cDNA from TACE of the mouse (GenBank EMBL database, accession number: AB021709) was used as the template DNA.
  • the Taq DNA polymerase was used for the amplification of the pCR4 plasmid fragment.
  • the PCR approach was carried out on an agarose gel applied, separated by electrophoresis, then the 3950 base pair pCR4 plasmid fragment was isolated from the gel (PCR purification kit, Qiagen, Hilden). The isolated DNA was divided into equal parts. A portion was then treated with T4 DNA polymerase and then isolated using the PCR purification kit.
  • thermostable DNA polymerases Two different thermostable DNA polymerases were used to amplify the TACE sequence:
  • Vent polymerase New England Biolabs, FranMurt 0.
  • this enzyme has error-reading and error-correcting activities and usually produces smooth DNA ends during PCR:
  • the Taq DNA polymerase this enzyme has no error-reading activity and normally produces DNA ends with deoxyadenosine single nucleotide overhangs at the 3 ' ends during PCR.
  • the 400 base pair PCR product obtained with the Vent polymerase was isolated from an agarose gel.
  • the product of the same size obtained with the Taq DNA polymerase was isolated directly from the PCR mixture.
  • the 3950 base pair gel-isolated pCR4 plasmid fragment obtained with the Taq DNA polymerase was hybridized with the 400 base pair TACE sequence, which had also been obtained with the Taq DNA polymerase.
  • the DNAs to be hybridized were mixed, the solutions were adjusted to 20mM Tris / HCl pH 7.5 ⁇ 10mM MgCl2 ⁇ 50mM NaCI, heated to 80 ° C and then slowly cooled to room temperature. E. coli DH5 ⁇ was then transformed using the hybridization approaches.
  • the plasmid DNA was isolated from the transformants obtained and examined for the presence of the recombinant plasmids by means of restriction analysis. It was found that 65% of the transformants had the recombinant plasmid when they started with the first
  • Recombinant DNA that does not require restriction endonucleases and ligases becomes possible if the DNA fragments to be recombined are produced using polymerase-resistant oligonucleotides.
  • the position of the protective group conferring polymerase resistance of the oligonucleotides used should be chosen so that 5 ' overhangs of sufficient size are created to enable a specific and sufficiently stable hybridization of compatible ends.
  • the oligonucleotides required for the production of the DNA molecules to be combined need not be phosphorylated at the 5 ' end, since the covalent linkage is not carried out in vitro by a DNA ligase, but in vivo by the BaMerium.
  • cDNA synthesis was carried out on an mRNA population isolated from human kidney cells with the aid of the polymerase-resistant oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) and the reverse transcriptase Superscript II (Gibco-Lifetechnologies). Oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) hybridizes only with the human within the entire mRNA population
  • Adam10 mRNA correspondingly only a single-stranded DNA complementary to the Adam10 mRNA is generated with the reverse transcriptase.
  • the presence of the single-stranded Adam10 cDNA was then checked by PCR with the Adam10-specific oligonucleotides 8B (SEQ ID NO: 16) and 8C (SEQ ID NO: 17). The expected 1030 base pair Adam10 fragment was generated in this ReaMion.
  • a first strand cDNA synthesis can be started with a polymerase resistant oligonucleotide.
  • the double-stranded cDNA can then be amplified with unmodified, but also with polymerase-resistant oligonucleotides.
  • the use of polymerase-resistant oligonucleotides has the decisive advantage that a double-stranded cDNA with overhanging 5 ' ends is obtained, which can be clipped in a directed manner without further enzymatic modifications.
  • a comparable method is not yet known.
  • oligonucleotides 16 of the oligonucleotides used were obtained from QIAGEN Operon (Cologne). Another oligonucleotide was obtained from MWG-Biotech AG (Ebersberg). All oligonucleotides used were dissolved in TE buffer (10 mM Tris / HCl, 1 mM EDTA, pH8) (100 M) and then adjusted to the final concentration of 5 ⁇ M in RNase-free water. Oligonucleotides used:
  • Primer 2A 5'-agc [5Br-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 19)
  • the nucleotide at position four is a 5-bromo-deoxy-uridine
  • Primer 3A 5'-agc [5l-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 20)
  • the nucleotide at position four is a 5-iodo-deoxy-uridine
  • Primer 4A 5'-agc [dSpacer] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 21)
  • the nucleotide at position four is an abasic (d-spacer)
  • Primer 5A 5'-agc [Sp-3] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 22) Instead of the nucleotide at position four, C3 spacer is included
  • Primer 10A 5'-agc [5-Nitldl] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 27)
  • the nucleotide at position four contains a 5-nitroindole as base.
  • Primer 11 A 5'-agc [20MeU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 28)
  • the nucleotide at position four is a 2'-0-methyl ribonucleotide (uridine)
  • Primer 12A 5'-agc [20MeU * ] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 29)
  • the nucleotide at position four is a 2'-0-methyl ribonucleotide (uridine), which is additionally modified thioate
  • Primer 13A 5'- [Tamra] agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 30)
  • the oligonucleotide is labeled with TAMRA at the 5 'end
  • Primer 14A 5'-agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 31) No modification
  • Primer 1 B 5'-CCTGTTGGCGGGTGTCGGGGCTG-3 '(Seq ID NO: 33) No modification
  • Primer 2B 5'-CCTG [FI-dT] TGGCGGGTGTCGGGGCTG-3 '(Seq ID NO: 34)
  • the plasmid Q1.1 is a derivative of the vector pUC19 whose LacZ alpha complementation gene was destroyed.
  • pUC19 was cut with the restriction endonuclease Ndel (nucleotide 184). The resulting overhang was filled in with T4 DNA polymerase. The resulting fragment was then cut with the Hind III restriction endonuclease.
  • a 1490 bp kanamycin resistance cassette was inserted into the 2423 bp pUC19 vector fragment by amplification of the coding region
  • Plasmid Q2.7 is a derivative of VeMor pUC19, whose ampicillin resistance gene has been destroyed. Instead, a tetracycline resistance gene was introduced.
  • pUC19 was digested with the restriction endonucleases Seal (cuts at position 2177 in pUC19) and Sspl (cuts at position 2501 in pUC19).
  • a tetracycline resistance cassette was installed at the position of the deleted amp resistance codons. This was obtained from the plasmid pALTER-1 (Promega) by digestion with the restriction endonucleases HindIII and Styl fragment. The protruding ends of the 1772 bp fragment were smoothed before treatment by treatment with T4-DNA polymerase. The resulting plasmid is 4134 bp.
  • oligonucleotide 2B (Seq ID NO: 17) as a forward primer and the oligonucleotides 1A (Seq ID NO: 1), 2A (Seq ID NO: 2), 3A (Seq ID NO: 3), 4A (Seq ID NO: 4), 5A (Seq ID NO: 5), 6A (Seq ID NO: 6), 7A (Seq ID NO: 7), 8A (Seq ID NO: 8), 9A (Seq ID NO: 9), 10A ( Seq ID NO: 10), 11A (Seq ID NO: 11), 12A (Seq ID NO: 12), 13A (Seq ID NO: 13), 14A (Seq ID NO: 14) and 15A (Seq ID NO: 15 )
  • the amino-terminal fragment (alpha fragment) of the DNA sequence encoding LacZ was amplified by means of PCR using the following programs.
  • the plasmid Q2.7 was used as a template. Either the error-reading and corrective Pfu-DNA polymerase (Pfu Hot Start, Stratagene La Jolla, USA or the Taq-DNA polymerase (HotStar Taq, QIAGEN, Hilden) was used for the amplification. used. The latter has no error-reading activity.
  • the Pfu-DNA polymerase normally produces smooth DNA ends, while the Taq-DNA polymerase creates 3'-DNA ends, some of which have single nucleotide overhangs (usually deoxyadenosine).
  • the amplificates were stored at -20 ° C. A 2 ⁇ l aliquot of each amplificate was applied to a 2% agarose gel and separated. 4 ⁇ l and 6 ⁇ l of the Low Mass Ladder (Gibco) were used as size markers.
  • the PCR reaction using the Pfu-DNA polymerase with the primer combinations 2B (Seq ID NO: 17) and 1A (Seq ID NO: 1) as well as 2B (Seq ID NO: 17) and 15A (Seq ID NO: 15) resulted no amplificate. The amount of each amplificate was quantified and an aliquot in water was adjusted to 1 ng / ⁇ l.
  • the PCR product generated using Pfu DNA polymerase and primers 2B and primer 14A shows a size of 289 bp (84.5%).
  • the PCR product generated using the same primers and the HotStarTaq DNA polymerase has two main fragments. These have a size of 289 bp (46.2%) and 290 bp (50.9%).
  • the 290 bp product is generated by the template-independent synthesis activity of the Taq DNA polymerase.
  • the following table shows the results of the GeneScan analyzes with which the efficiency of polymerase-resistant protective groups was investigated.
  • the maximum size of the fragments can be 289 nucleotides. Due to the protective group, the size of the DNA fragments generated should be smaller, ideally comprising 285 nucleotides.
  • Fragment size Size of the DNA fragments generated (specified in
  • the cloning VeMors Q1.1 no longer contains an alpha peptide.
  • the plasmid Q1.1 was treated with the restriction endonucleases Stul and Hindill. This creates two fragments of 2429 bp and 1490 bp in size.
  • the 2429 bp Q1.1 Stul-Hindlll vector fragment represents the pUC19 backbone without alpha peptide and codes for the ampicillin resistance gene, the 1490 bp fragment contains a kanamycin resistance cassette.
  • the 2429 bp vector fragment was isolated from an agarose gel, the concentration of the vector fragment was determined photometrically.
  • the 2429 bp Q1.1 Stul-Hindlll vector fragment represents the pUC19 backbone without alpha peptide and codes for the ampicillin resistance gene, the 1490 bp fragment contains a kanamycin resistance cassette.
  • the 2429 bp vector fragment was isolated from an agarose gel, the concentration of the vector fragment was determined photometrically.
  • LacZ alpha PCR fragments (LacZ alpha fragment) in a cloning membrane
  • the position of the protective group conferring polymerase resistance in the respective reverse primer for the PCR reaction is chosen in such a way that a double strand with a protruding 5 ′ end is produced.
  • This 5 'end is complementary to a DNA end which is formed when double-stranded DNA has been cut with the restriction endonuclease HindIII.
  • the second 5 'end of the amplified product should either be smooth (Pfu-DNA polymerase) or at least partially have a 3'-overhang (Taq-DNA polymerase). If the PCR fragment is introduced into the previously prepared vector fragment of Q1.1, plasmids should be generated which code for a functional LacZ alpha fragment. Transformation of these plasmids into an E. coli strain which is capable of so-called alpha complementation produces blue colonies on solid nutrient media suitable for detection.

Abstract

The invention relates to novel double-strand nucleic acids with individual strand overhangs, method for production and use thereof in recombinant reactions.

Description

Doppelsträngige Nukleinsäuren mit einem oder zwei einzelsträngigen 5'-Überhängen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre VerwendungDouble-stranded nucleic acids with one or two single-stranded 5 'overhangs, process for their preparation and their use
Die vorligene Erfindung betrifft neue doppelsträngige Nukleinsäuren mit einzelsträngigen Überhängen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in Rekombinationsreaktionen.The present invention relates to new double-stranded nucleic acids with single-stranded overhangs, processes for their preparation and their use in recombination reactions.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass DNA-Polymerasen und Reverse-Transkriptasen für eine matrizenabhängige DNA-Neusynthese kurze doppelsträngige Nukleotidabschnitte benötigen. So dienen bei Escherichia coli, bei der DNA-Replikation in vivo kurze, durch die Primase synthetisierte, mit dem Matrizenstrang hybridisierende, RNA-Oligonukleotide als Startpunkt der DNA-Neusynthese durch die DNA-Polymerase III. Die dabei mit eingebauten Ribonukleotide werden anschließend durch die DNA- Polymerase I entfernt und durch Desoxyribonukleotide ersetzt, wodurch ribonukleotidfreie DNA-Stränge erzeugt werden [L. Stryer, Biochemie, 4. Auflage, 1999, 845-850].It is known from the prior art that DNA polymerases and reverse transcriptases require short double-stranded nucleotide sections for a template-dependent DNA re-synthesis. In Escherichia coli, in the case of DNA replication in vivo, short RNA oligonucleotides synthesized by the primase and hybridizing with the template strand serve as the starting point for the new DNA synthesis by the DNA polymerase III. The incorporated ribonucleotides are then removed by DNA polymerase I and replaced by deoxyribonucleotides, which produces ribonucleotide-free DNA strands [L. Stryer, Biochemistry, 4th edition, 1999, 845-850].
Bei der reversen Transkription, d.h. einer DNA-Neusynthese, die an einer RNA-Matrize von einer Reversen-Transkriptase durchgeführt wird, dienen in vivo tRNA-Moleküle als Startpunkt für die DNA-Neusynthese.In reverse transcription, i.e. a DNA resynthesis, which is carried out on an RNA template by a reverse transcriptase, serves as a starting point for the DNA resynthesis in vivo tRNA molecules.
Im Gegensatz dazu dienen bei der DNA-Neusynthese in vitro in der Regel synthetische Desoxyoligonukleotide als Startpunkte für DNA-Polymerasen oder Reverse-Transkriptasen. Das synthetische Desoxyoligonukleotid wird dabei zu einem festen Bestandteil des neu synthetisierten DNA-Strangs und wird in einer darauf folgenden Vervielfältigungsreaktion von einer DNA- Polymerase als Matrize für die DNA-Neusynthese genutzt. Auch in dieser zweiten enzymatischen Replikationsrunde dienen freie 3'-Hydroxylgruppen von synthetischen Desoxyoligonukleotiden als Startpunkte für DNA- Polymerasen. Bei der Zweitstrangsynthese von doppelsträngiger - zur Boten- RNA (mRNA) komplementärer - DNA (cDNA) dienen oft die 3'- Hydroxylgruppen von fragmentierter, endogener mRNA als Startpunkte für die in vitro DNA-Synthese durch eine DNA-Polymerase.In contrast to this, synthetic deoxyoligonucleotides usually serve as starting points for DNA polymerases or reverse transcriptases in DNA resynthesis in vitro. The synthetic deoxyoligonucleotide becomes an integral part of the newly synthesized DNA strand and is used in a subsequent amplification reaction by a DNA polymerase as a template for the new DNA synthesis. In this second round of enzymatic replication, free 3 ' hydroxyl groups of synthetic deoxyoligonucleotides also serve as starting points for DNA polymerases. In the second-strand synthesis of double-stranded DNA (cDNA) which is complementary to messenger RNA (mRNA), the 3 ' hydroxyl groups of fragmented, endogenous mRNA often serve as starting points for in vitro DNA synthesis by a DNA polymerase.
Dazu eignen sich u.a. folgende DNA-Polymerasen: die DNA-Polymerase I aus Escherichia coli, ihre verkürzte Form (Klenow-Fragment), die von den Bakteriophagen T4 bzw. T7 codierten T4- bzw. T7-DNA-Polymerasen sowie thermostabile DNA-Polymerasen - wie die Taq- bzw. die Pfu-DNA- Polymerase von Thermus aquaticus bzw. Pyrococcus furiosus. Als synthetische Desoxyoligonukleotide kommen in der Regel genspezifische Moleküle zur Anwendung; daneben ist im Stand der Technik in einigen speziellen Fällen auch die Verwendung von Oligonukleotiden mit zufälliger Zusammensetzung offenbart [vgl. US-PS 5,043,272].The following DNA polymerases are suitable for this purpose: DNA polymerase I from Escherichia coli, its shortened form (Klenow fragment), the T4 or T7 DNA polymerases encoded by the bacteriophages T4 and T7, and thermostable DNA polymerases - Like the Taq or Pfu DNA polymerase from Thermus aquaticus or Pyrococcus furiosus. As synthetic deoxyoligonucleotides are generally used for gene-specific molecules; in addition, the use of oligonucleotides with a random composition is disclosed in the prior art in some special cases [cf. U.S. Patent 5,043,272].
Ausgehend von einzelsträngiger RNA, insbesondere von mRNA, oder von einzel- oder doppelsträngiger DNA lassen sich über die erwähnten Methoden, doppelsträngige lineare DNA-Abschnitte erzeugen. Die Nukleotid- zusammensetzung der Enden dieser DNA-Moleküle wird dabei durch die eingesetzten Oligonukleotide festgelegt. Dabei werden meist doppelsträngige DNA-Moleküle mit glatten Enden erhalten. Daneben sind durch die Verwendung der Taq-DNA-Polymerase allerdings auch doppelsträngige DNA-Moleküle synthetisierbar, bei denen in der Regel an jedem 3 '-Ende ein Adenin-Desoxynukleotidüberhang (3'-dA) vorliegt [Ausubel et al., in: Current Protocols in Molecular Biology, 2000. Seite 15.7.1].Starting from single-stranded RNA, in particular from mRNA, or from single- or double-stranded DNA, double-stranded linear DNA sections can be generated using the methods mentioned. The nucleotide composition of the ends of these DNA molecules is determined by the oligonucleotides used. Usually double-stranded DNA molecules with smooth ends are obtained. In addition, however, the use of Taq DNA polymerase also makes it possible to synthesize double-stranded DNA molecules in which there is usually an adenine deoxynucleotide overhang (3 ' dA) at each 3 ' end [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, 2000. Page 15.7.1].
Hinsichtlich der DNA-Rekombinationstechniken ist aus dem Stand der Technik folgendes bekannt: im allgemeinen besteht das Verfahren, einen DNA-Abschnitt in ein Plasmid einzubauen im wesentlichen folgen zwei enzymatische Schritte. Im ersten Schritt werden mittels sequenzspezifischer Restriktionsendonukleasen lineare DNA-Abschnitte mit definierten Enden erzeugt . Im darauf folgenden Reaktionsschritt werden die kompatiblen Enden zwischen Plasmid- und einzubauender DNA mit Hilfe des Enzyms DNA-Ligase kovalent, zu einem zirkulären, hybriden DNA-Molekül verknüpft [Ausubel et al., in: Current Protocols in Molecular Biology, Jahrgang 2000, Seiten 3.16.1 bis 3.16.10].With regard to recombinant DNA techniques, the following is known from the prior art: in general, the method of inserting a DNA section into a plasmid essentially follows two enzymatic steps. In the first step, linear DNA sections with defined ends are generated using sequence-specific restriction endonucleases. In the subsequent reaction step, the compatible ends between plasmid and DNA to be inserted are covalently linked with the aid of the enzyme DNA ligase to form a circular, hybrid DNA molecule [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, Volume 2000, pages 3.16.1 to 3.16.10].
Diese Vorgehensweise birgt allerdings den Nachteil in sich, dass - falls im Plasmid und/oder in dem einzubauenden DNA-Abschnitt keine geeigneten Erkennungssequenzen für Restriktionsendonukleasen vorhanden sind - die in wϊro-Rekombination der beiden Moleküle zwangsläufig auf einem anderem Wege erfolgen muss. Hierzu bietet sich in der Regel die aus dem Stand der Technik wohlbekannte Polymerase-Kettenreaktion (PCR) an. Im Rahmen dieser PCR-Reaktion wird derjenige DNA-Abschnitt, dem die geeigneten Erkennungssequenzen fehlen, mit Hilfe von synthetischenHowever, this procedure has the disadvantage that - if there are no suitable recognition sequences for restriction endonucleases in the plasmid and / or in the DNA section to be inserted - the two molecules inevitably have to be recombined in a different way. The polymerase chain reaction (PCR), which is well known from the prior art, is generally suitable for this purpose. In the context of this PCR reaction, the DNA section which lacks the suitable recognition sequences is identified with the aid of synthetic
Desoxyoligonukleotiden und thermostabilen DNA-Polymerasen vervielfältigt.Deoxyoligonucleotides and thermostable DNA polymerases reproduced.
Dabei lassen sich durch die geeignete Wahl der einzusetzenden Oligonukleotide in der Regel die benötigten Endonuklease-Schnittstellen einfügen, die anschließend innerhalb der in - /Ϊrσ-Rekombination genutzt werden können [vgl. Ausubel etal., in: Current Protocols in Molecular Biology 2000, Seite3.17.51.The required choice of the oligonucleotides to be used can generally be used to insert the required endonuclease interfaces, which are then used within the in - / Ϊrσ recombination can be [cf. Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology 2000, page 3.15.51.
Wird bei der PCR-Reaktion eine fehlerlesende DNA-Polymerase, wie z.B. die Pfu-DNA-Polymerase von Pyrococcus furiosus eingesetzt, dann kann dadurch das amplifizierte DNA-Fragment alternativ auch über dessen glatte Enden Moniert werden.If an error-reading DNA polymerase, e.g. If the Pfu DNA polymerase from Pyrococcus furiosus is used, then the amplified DNA fragment can alternatively also be clipped over its smooth ends.
Wird hingegen bei der PCR-Reaktion eine Taq-DNA-Polymerase von Thermus aquaticus eingesetzt, kann auf diesem Wege für die Klonierung des amplifizierten DNA-Fragments das sich an jedem 3 '-Ende befindliche Adenin-Nukleotid für eine Fusion mit einem linearisierten Plasmid mit 3 - überhängenden Thymin- oder Uracil-Nukleotiden eingesetzt werden. Für beide Strategien stehen kommerziell erhältliche Klonierungshilfen zur Verfügung.If, however, a Taq DNA polymerase from Thermus aquaticus is used in the PCR reaction, the adenine nucleotide at each 3 ' end can be used for the cloning of the amplified DNA fragment for fusion with a linearized plasmid 3 - overhanging thymine or uracil nucleotides can be used. Commercially available cloning aids are available for both strategies.
Die beiden letztgenannten Verfahrensweisen weisen jedoch den erheblichen Nachteil auf, dass der vom Plasmid aufgenommene DNA-Abschnitt statistisch in zwei verschiedenen Orientierungen eingebaut ist. Da - z.B. für die Expression eines Proteins -aber nur eine Orientierung brauchbar ist, ist ein gerichteter Einbau, d.h. ein Einbau in nur einer definierten Orientierung unbedingt erforderlich.However, the latter two procedures have the considerable disadvantage that the DNA section taken up by the plasmid is statistically incorporated in two different orientations. There - e.g. for the expression of a protein - but only one orientation can be used is directed installation, i.e. installation in only one defined orientation is absolutely necessary.
Ein gerichteter Einbau eines linearen DNA-Fragments in ein Plasmid ist auf der anderen Seite nur dann möglich, wenn sich beide Enden des linearen DNA-Fragments unterscheiden. Dies wird in der Regel durch die Behandlung mit unterschiedlichen Restriktionsendonukleasen erreicht. Die Methodik scheitert jedoch, sobald eine der verwendeten Restriktionsendonukleasen innerhalb des zu klonierenden DNA-Abschnitts spaltet, welches bei unbekannten Nukleotidsequenzen (z.B. bei neuen cDNA-Sequenzen) durchaus nicht auszuschließen ist. Durch das Auftreten dieser Gefahr ist jedoch unzweifelhaft ein schwerwiegender Nachteil auch dieser Verfahrensweise zu sehen.Directed incorporation of a linear DNA fragment into a plasmid is only possible on the other hand if both ends of the linear DNA fragment differ. This is usually achieved by treatment with different restriction endonucleases. The methodology fails, however, as soon as one of the restriction endonucleases used cleaves within the DNA segment to be cloned, which cannot be ruled out entirely with unknown nucleotide sequences (e.g. with new cDNA sequences). However, due to the occurrence of this danger, a serious disadvantage of this procedure can also be seen.
Dagegen wird eine gerichtete Klonierung einer vollständigen cDNA dann möglich, wenn die Synthese des ersten cDNA-Stranges in Gegenwart von methylierten Nukleotiden, z.B. 5-Methyl-dCTP, durchgeführt wird. Bestimmte Restriktionsendonukleasen - wie z.B. Xhol - sind nicht in der Lage DNA zu hydrolysieren, wenn ihre DNA-Erkennungssequenz methyliert vorliegt. Wird die so hergestellte doppelsträngige cDNA an beiden Seiten mit Oligonukleotidadaptern fusioniert, dann erfolgt eine Hydrolyse nur innerhalb der nichtmethylierten Erkennungsstellen, welche über die Oligonukleotidadapter eingebracht wurden [Ausubel etal., in: Current Protocols in Molecular Biology, Jahrgang 2000, Seiten 5.5.2 bis 5.6.8].In contrast, directional cloning of a complete cDNA becomes possible if the synthesis of the first strand of cDNA is carried out in the presence of methylated nucleotides, for example 5-methyl-dCTP. Certain restriction endonucleases - such as Xhol - are unable to hydrolyze DNA if their DNA recognition sequence is methylated. The double-stranded cDNA thus produced is used on both sides Oligonucleotide adapters fused, then hydrolysis takes place only within the unmethylated recognition sites which were introduced via the oligonucleotide adapters [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, Volume 2000, pages 5.5.2 to 5.6.8].
Bei alternativen Verfahrensweisen, die ohne Restriktionsendonukleasen auskommen, wird die zu klonierende DNA in Gegenwart von Oligonukleotiden, welche Desoxyuracil-Nukleotide enthalten, amplifiziert [US- PSen 5229283 und 5137814]. Diese Methode ermöglicht es, die 5'-Enden amplifizierter DNA über einen Abschnitt von zwölf Nukleotiden zu modifizieren, wobei jede dritte Base ein Desoxyuracil-Nukleotid darstellt. Bei Behandlung dieses DNA-Abschnitts mit dem Enzym Uracil-DNA-Glykosylase (UDG) werden die glykosidischen Bindungen zwischen der Desoxyribose und den Uracilbasen gespalten. - Dies hat zur Folge, dass die Hybridisierung mit dem zuvor komplementären Strang desselben DNA-Moleküls geschwächt wird, wodurch freie - d.h. zur Hybridisierung fähige 3'- überstehende - Enden entstehen, die mit den kompatiblen Enden eines auf die gleiche Weise hergestellten linearen Plasmids hybridisieren.In alternative procedures which do not require restriction endonucleases, the DNA to be cloned is amplified in the presence of oligonucleotides which contain deoxyuracil nucleotides [US Pat. Nos. 5229283 and 5137814]. This method makes it possible to modify the 5 ' ends of amplified DNA over a section of twelve nucleotides, with every third base being a deoxyuracil nucleotide. When this section of DNA is treated with the enzyme uracil DNA glycosylase (UDG), the glycosidic bonds between the deoxyribose and the uracil bases are cleaved. This has the consequence that the hybridization with the previously complementary strand of the same DNA molecule is weakened, which results in free - that is to say hybridizable 3 - protruding ends which hybridize with the compatible ends of a linear plasmid produced in the same way ,
Durch Wasserstoffbrückenbindungen der an beiden Enden jeweils über zwölf Basenpaare hybridisierenden Nukleotidstränge entsteht dabei ein rekombinantes, zirkuläres Plasmid bei dem die DNA-Stränge nicht kovalent verknüpft sind. Aufgrund der starken Hybridisierung der beiden DNA-Stränge ist es nicht notwendig diese vor einer Transformation mit einer DNA-Ligase kovalent miteinander zu verknüpfen [Ausubel et al., in: Current Protocols in Molecular Biology, 2000. Seiten 15.7.5 bis 15.7.8].Hydrogen bonding of the nucleotide strands that hybridize at both ends via twelve base pairs creates a recombinant, circular plasmid in which the DNA strands are not covalently linked. Because of the strong hybridization of the two DNA strands, it is not necessary to covalently link them before transformation with a DNA ligase [Ausubel et al., In: Current Protocols in Molecular Biology, 2000. Pages 15.7.5 to 15.7.8 ].
Der - auf den ersten Blick - attraktive Vorteil der ligationsunabhängigen Klonierbarkeit durch die Anwendung dieser Methode wird jedoch durch folgende Nachteile wesentlich geschmälert:The - at first glance - attractive advantage of the ligation-independent clonability through the use of this method is considerably reduced by the following disadvantages:
Zum einen ist bei den durch die UDG-Behandlung erzeugten überstehenden 3 '-Enden jedes dritte Nukleotid ein Adenin-Desoxynukleotid. Damit kann auf die Zusammensetzung der 3'-Enden nicht beliebig Einfluß genommen werden. Zum anderen wird zwangsläufig ein geeignetes linearisiertesFirstly, in the protruding 3 ' ends generated by the UDG treatment, every third nucleotide is an adenine deoxynucleotide. This means that the composition of the 3 'ends cannot be influenced arbitrarily. On the other hand, a suitable linearized one is inevitable
Plasmid benötigt, bei dem jedes dritte Nukleotid ein Thymin-Desoxynukleotid verkörpert. Es liegt somit auf der Hand, dass auch durch diesen zweiten Nachteil dieses Verfahren bei weitem nicht uneingeschränkt anwendbar ist. Eine neuere aus dem Stand der Technik bekannte Methode der ligations- und restriktionsendonukleasefreien Klonierungstechnik stellt das Klonieren mit Vaccinia-DNA-Topoisomerase dar [US-PS 5,766,891 ; Shuman in: The Journal of Biological Chemistry, 269 (1994) 32678]. Dabei ist einer von den beiden zu fusionierenden DNA-Abschnitten über seine 3 '-Enden kovalent mit der Vaccinia-DNA-Topoisomerase I verbunden. Anschließend erfolgt die kovalente Verknüpfung mit einem zweiten DNA-Abschnitt, sobald die freien 5 '-Hydroxylgruppen des zweiten DNA-Abschnitts auf die 3'- Topoisomerase/DNA-Enden treffen. Der Nachteil, der dieser Klonierungsmethode inherent innewohnt, besteht darin, dass die kovalente Verknüpfung einer doppelsträngigen DNA mit einer sequenzspezifischen DNA-Topoisomerase im Fall der Vaccinia-DNA-Topoisomerase I die spezielle Nukleotiderkennungssequenz CCCTT zwangsläufig erfordert.A plasmid is required in which every third nucleotide represents a thymine deoxynucleotide. It is therefore obvious that this second disadvantage also means that this method is by no means fully applicable. A newer method of the ligation- and restriction endonuclease-free cloning technique known from the prior art is cloning with vaccinia DNA topoisomerase [US Pat. No. 5,766,891; Shuman in: The Journal of Biological Chemistry, 269 (1994) 32678]. One of the two DNA sections to be fused is covalently linked to the vaccinia DNA topoisomerase I via its 3 ' ends. Subsequently, the covalent linkage to a second DNA section takes place as soon as the free 5 ' hydroxyl groups of the second DNA section meet the 3 ' topoisomerase / DNA ends. The disadvantage inherent in this cloning method is that the covalent linkage of a double-stranded DNA with a sequence-specific DNA topoisomerase in the case of vaccinia DNA topoisomerase I inevitably requires the special nucleotide recognition sequence CCCTT.
Es liegt somit auch hier auf der Hand , dass das notwendige Vorhandensein dieser Penta-Nukleotidsequenz die universelle Verwendbarkeit der DNA- Fusionierung mittels DNA-Topoisomerase keinesfalls ermöglichen kann. Vielmehr ist man in der Regel beim Einbau von definierten DNA-Fragmenten auf Plasmide angewiesen, die diese Erkennungssequenz allerdings nur einmal enthalten.It is therefore also obvious that the necessary presence of this penta nucleotide sequence can in no way enable the universal usability of DNA fusion using DNA topoisomerase. Rather, one usually depends on the installation of defined DNA fragments on plasmids, which however contain this recognition sequence only once.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte DNA- Rekombinationstechnik, die ohne Restriktionsendonukleasen und ohne DNA- Topoisomerasen auskommt, bedient sich der Cre-Rekombinase. Dieses - ursprünglich vom Bakteriophagen P1 - codierte Enzym ist in der Lage, spezifische DNA-Sequenzelemente - sogenannte loxP-Stellen, welche eine Größe von 34 Basenpaare haben - zu erkennen und zu rekombinieren [Liu et al., Current Biology, 8 (1998) 1300; Abnemski et al., Cell, 32_(1983) 1301].Another recombinant DNA technique known from the prior art, which does not require restriction endonucleases and does not use DNA topoisomerases, uses the Cre recombinase. This enzyme, originally encoded by bacteriophage P1, is able to recognize and recombine specific DNA sequence elements - so-called loxP sites, which are 34 base pairs in size [Liu et al., Current Biology, 8 (1998) 1300; Abnemski et al., Cell, 32_ (1983) 1301].
Der eklatante Nachteil ist jedoch auch bei dieser Methode darin zu sehen , dass das eingesetzte Enzym spezifische DNA-Erkennungssequenzen benötigt, wodurch eine universelle Anwendbarkeit ebenfalls nicht mehr ermöglicht wird.However, the blatant disadvantage of this method can also be seen in the fact that the enzyme used requires specific DNA recognition sequences, which also means that it is no longer universally applicable.
Dem Stand der Technik sind jedoch auch Verfahren für eine gerichtete bzw. Ligase-unabhängige Klonierung zu entnehmen. - So offenbaren Aslanidis und de Jong [C. Aslanidis et al., Nucleic Acids Research 18 (1990) 6069] eine Methode zur ligationsunanhängigen Klonierung von DNA, bei der die zu rekombinierenden DNA-Moleküle mit T4-DNA-Polymerase behandelt werden. Dieses Enzym besitzt neben seiner DNA-Polymeraseaktivität eine 3'-5'-Exonukleaseaktι'vität. In Abwesenheit von Nukleotiden dominiert die 3'- 5'-Exonukleaseaktivität des Enzyms, welches dann an linearen doppelsträngigen DNA-Molekülen 5 '-überstehende Enden erzeugt. Wenn die überstehenden Enden an zwei miteinander zu rekombinierenden DNA- Molekülen kompatibel sind, dann können beide DNA-Moleküle ligaseunabhängig rekombiniert werden, wobei das PCR-Produkt nachträglich jedoch mit T4-DNA-Polymerase behandelt werden muss.However, methods for directed or ligase-independent cloning can also be found in the prior art. - Aslanidis and de Jong [C. Aslanidis et al., Nucleic Acids Research 18 (1990) 6069] described a method for ligation-independent cloning of DNA, in which the DNA molecules to be recombined are treated with T4 DNA polymerase. In addition to its DNA polymerase activity, this enzyme has one 3 '-5' -Exonukleaseaktι 'tivity. In the absence of nucleotides, the 3 ' - 5' exonuclease activity of the enzyme dominates, which then produces 5 ' protruding ends on linear double-stranded DNA molecules. If the protruding ends on two DNA molecules to be recombined are compatible, then both DNA molecules can be recombined independently of the ligase, the PCR product, however, having to be subsequently treated with T4 DNA polymerase.
Von ihrem Prinzip her ist diese Methodik ist universell anwendbar - sie benötigt auf der anderen Seite aber notwendiger Weise einen zweiten enzymatischen Schritt, wobei die nachträgliche Behandlung mit T4-DNA- Polymerase zeitlich streng limitiert sein muss, um einen zu starken Abbau der zu rekombinierenden DNA zu vermeiden.In principle, this methodology can be used universally - on the other hand, it necessarily requires a second enzymatic step, the subsequent treatment with T4-DNA polymerase having to be strictly limited in time in order to break down the DNA to be recombined excessively to avoid.
Des weiteren offenbaren Ailenberg und Silverman [M. Ailenberg et al., Biochem. Mol. Biol. Int., 39 (1996) 771] einen weiteren Vorschlag zur Erzeugung von PCR-Produkten mit überhängenden Enden, welche für eine gerichtete Klonierung genutzt werden können. Dazu wird das zu klonierende DNA-Fragment in zwei getrennten PCR-Reaktionen mit jeweils unterschiedlichen Primerpaaren erzeugt.Furthermore, Ailenberg and Silverman [M. Ailenberg et al., Biochem. Mol. Biol. Int., 39 (1996) 771] a further proposal for the generation of PCR products with overhanging ends which can be used for directional cloning. For this purpose, the DNA fragment to be cloned is generated in two separate PCR reactions, each with different primer pairs.
Die Anlagerungsorte der Primerpaare werden dabei so gewählt, dass sie sich räumlich versetzt an der Matrizen-DNA anlagern. Die entstehenden PCR- Produkte sind zum Großteil identisch, unterscheiden sich aber an ihren durch die Primersequenzen definierten Enden. Werden anschließend die beiden PCR-Produkte gemischt, hitzedenaturiert und anschließend durch Abkühlen wieder renaturiert, dann entstehen dabei zum Teil doppelsträngige DNA- Moleküle bei denen die DNA-Einzelstränge aus unterschiedlichen PCR- Reaktionen stammen.The attachment sites of the primer pairs are chosen so that they attach to the template DNA in a spatially offset manner. The resulting PCR products are largely identical, but differ at the ends defined by the primer sequences. If the two PCR products are then mixed, heat-denatured and then renatured again by cooling, this results in part in double-stranded DNA molecules in which the DNA single strands originate from different PCR reactions.
Der Nachteil, der mit dieser Methode verknüpft ist, besteht darin, dass theoretisch nur 25% der in der Reaktionsmischung vorhandenen DNA- Moleküle die gewünschten Überhänge besitzen. Außerdem können die anderen Hybridisierungsprodukte einen Klonierungserfolg negativ beeinflussen. Ein weiterer Nachteil der Methode ist darin zu sehen, dass man für jedes zu kloniernde PCR-Produkt vier - anstatt zwei - verschiedene Oligonukleotide benötigt. Dadurch verdoppeln sich die Kosten für das Klonierungsexperiment; weiterhin wird die Planung des Experiments zeitaufwendiger und die praktische Durchführung ist fehleranfälliger, da zwei PCR-Reaktionen optimiert werden müssen. Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Methode, bei der gerichtet klonierbare PCR-Produkte generiert werden, wird von Gal et al. [J. Gal et al., Molecular Gen Genet., 260 (1999) 569; Ungarische Patentanmeldung Aktenzeichen P 9801320] beschieben. Das dort beschriebene Verfahren basiert auf einer von Takeshita et al. offenbarten Lehre [M. Takeshita etal., Journal of Biological Chemistry, 262 (1987) 10171] in der beschrieben ist, dass die Taq-DNA-Polymerase ein dATP einbaut und anschließend die Polymerasereaktion beendet, wenn sie auf ein basenfreies "Nukleotid", also eine Tetrahydrofuran-Partialstruktur im Templatestrang trifft.The disadvantage associated with this method is that theoretically only 25% of the DNA molecules present in the reaction mixture have the desired overhangs. In addition, the other hybridization products can adversely affect cloning success. Another disadvantage of the method is that you need four - instead of two - different oligonucleotides for each PCR product to be cloned. This doubles the cost of the cloning experiment; Furthermore, the planning of the experiment becomes more time-consuming and the practical implementation is more prone to errors, since two PCR reactions have to be optimized. Another method known from the prior art, in which directionally clonable PCR products are generated, is described by Gal et al. [J. Gal et al., Molecular Gen Genet., 260 (1999) 569; Hungarian patent application file number P 9801320]. The method described there is based on one of Takeshita et al. disclosed teaching [M. Takeshita et al., Journal of Biological Chemistry, 262 (1987) 10171], in which it is described that the Taq DNA polymerase incorporates a dATP and then terminates the polymerase reaction if it is based on a base-free "nucleotide", ie a tetrahydrofuran partial structure in the template strand.
Die von Gal eingesetzten Überhänge beginnen entsprechend dieser Lehre mit der Tetrahydrofuran-Partialstruktur und erstrecken sich bis zum Ende des Primers.According to this teaching, the overhangs used by Gal begin with the tetrahydrofuran partial structure and extend to the end of the primer.
Zwar lassen sich derartige PCR-Produkte gerichtet klonieren, aber in den meisten Fällen wird dabei entweder ein Nukleotid deletiert oder ein falsches Nukleotid eingebaut. Die Methode ist somit für eine standardisierbare universell geeignete gerichtete Klonierung von PCR-Produkten nicht einsetzbar.Such PCR products can be cloned in a directed manner, but in most cases either a nucleotide is deleted or an incorrect nucleotide is inserted. The method cannot therefore be used for standardizable, universally suitable, directed cloning of PCR products.
Dem Stand der Technik sind jedoch auch Methoden zur gerichteten Kombinierung PCR-Produkten zu entnehmen, die ohne Restriktionsendonukleasen auskommen.However, methods for directed combination of PCR products which do not require restriction endonucleases can also be found in the prior art.
So wird von Coljee et al. (Coljee et al., Nature Biotechnology, 18 (2000) 789; US-PS 6,358,712] offenbart, dass unter Verwendung Oligonukleotiden, die Ribonukleotidbausteine enthalten, mittels der Polymerasen-Kettenreaktion (PCR) doppelsträngige Nukleinsäuremoleküle erzeugt werden können, die je nach Art der verwendeten DNA-Polymerase entweder 5'-RNA-Überhänge oder glatte Enden aufweisen.For example, Coljee et al. (Coljee et al., Nature Biotechnology, 18 (2000) 789; US Pat. No. 6,358,712] discloses that, using oligonucleotides which contain ribonucleotide building blocks, the polymerase chain reaction (PCR) can be used to generate double-stranded nucleic acid molecules which, depending on the type of DNA polymerase used either have 5 ' RNA overhangs or blunt ends.
Zur gerichteten Rekombination der Nukleinsäuren werden bei einer der beschriebenen Methoden zwei doppelsträngige Nukleinsäuremoleküle mit zueinander komplementären 5'-RNA-Überhängen ligiert, wobei ein Hybrid aus doppelsträndiger DNA mit Anteilen doppelsträndiger RNA entsteht. In einem darauf folgenden Schritt mit Taq-DNA-Polymerase wird das gesamte Nukleinsäuremolekül reamplifiziert, wobei (aufgrund der Tatsache, dass die Taq-DNA-Polymerase RNA-Bausteine als Matrize nutzen kann) ein RNA- freies doppelsträngiges DNA-Molekül entsteht. Somit wird auf diesem Wege eine gerichtete in vitro Rekombination von DNA ermöglicht. Ein entscheidender Nachteil dieser methode besteht jedoch darin, dass zum einen mehrere PCR-Schritte mit unterschiedlichen DNA- Polymerasen durchgeführt werden müssen und zum anderen zur Reamplifizierung die, mit einer hohen Fehlerrate arbeitende, Taq-DNA- Polymerase zwangsläufig eingesetzt werden muss. Daher gestaltet sich diese Methode im Endeffekt zeitaufwendig und fehleranfällig.For the directed recombination of the nucleic acids, two double-stranded nucleic acid molecules with mutually complementary 5 ' RNA overhangs are ligated in one of the methods described, a hybrid being formed from double-stranded DNA with portions of double-stranded RNA. In a subsequent step with Taq DNA polymerase, the entire nucleic acid molecule is reamplified, whereby (due to the fact that Taq DNA polymerase can use RNA building blocks as a template) an RNA-free double-stranded DNA molecule is formed. In this way, a directed in vitro recombination of DNA is made possible. A decisive disadvantage of this method, however, is that, on the one hand, several PCR steps with different DNA polymerases have to be carried out and, on the other hand, the Taq DNA polymerase, which works with a high error rate, must be used for reamplification. As a result, this method is ultimately time-consuming and prone to errors.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Methoden zu überwinden und ein einfaches, zeitsparendes sowie molekularbiologisch vielfältig anwendbares Verfahren zur Herstellung von DNA-Doppelsträngen mit einem oder zwei überstehenden 5'-Enden zur Verfügung zu stellen.The present invention is accordingly based on the object of overcoming the disadvantages of the methods known from the prior art and of providing a simple, time-saving and molecular biologically versatile process for the production of DNA double strands with one or two projecting 5 'ends ,
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einAnother object of the present invention is to provide a
Verfahren zur Herstellung von DNA-Doppelsträngen mit überstehenden 5'- Enden zur Verfügung zu stellen, das eine freie Auswahl bezüglich der Größe der jeweiligen Überhänge (d.h. Anzahl der Nukleotide) sowie hinsichtlich der Nukleotidzusammensetzung erlaubt.To provide a method for the production of DNA double strands with protruding 5 'ends, which allows free selection with regard to the size of the respective overhangs (i.e. the number of nucleotides) and with regard to the nucleotide composition.
Des weiteren besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, die so hergestellten DNA-Doppelstränge mit überstehenden 5'-Enden ohne weitere enzymatische Manipulationen direkt zu rekombinieren.Furthermore, the object of the present invention is, in particular, to provide a method which makes it possible to directly recombine the DNA double strands thus produced with protruding 5 'ends without further enzymatic manipulations.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von zu mRNA komplementärer, gerichtet klonierbarer DNA zur Verfügung zu stellen.Another object of the present invention is to provide an improved method for generating DNA which is complementary to mRNA and can be cloned in a directed manner.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertesVerfahren für die Herstellung von synthetischen und teilsynthetischen Genen zur Verfügung zu stellen.Another object of the present invention is to provide an improved process for the production of synthetic and semi-synthetic genes.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ausschalten oder Ersetzung von Genen bzw. zur Erzeugung von transgenen Organismen sowie für die Gentherapie zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Analyseverfahren zur Analyse differentiell exprimierter Gene zurt Verfügung zu stellen.Another object of the present invention is to provide a method for switching off or replacing genes or for producing transgenic organisms and for gene therapy. Another object of the present invention is to provide an improved analysis method for the analysis of differentially expressed genes.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbesserte Methode zur Reinigung von DNA zur Verfügung zu stellen.Another object of the present invention is to provide an improved method for purifying DNA.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Verwendung von entsprechend gestalteten Oligonukleotiden gleöst, die ein oder mehrere polymeraseresistente(s) Nukleotid(e) aufweisen, welche(s) für einen Abbruch der matrizenabhängigen DNA-Neusynthese sorgt/sorgen, sobald eine Polymerase dieses Nukleotid errreicht.According to the invention, these objects are achieved by the use of appropriately designed oligonucleotides which have one or more polymerase-resistant nucleotide (s) which ensure that the matrix-dependent DNA re-synthesis is terminated as soon as a polymerase reaches this nucleotide.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden des weiteren folgende Definitionen verwandt:For the purposes of the present invention, the following definitions are also used:
Adapter:Adapter:
In Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Adapter ein doppelsträngiges Nukleinsäuremolekül zu verstehen, welches durch die Aneinanderlagerung zweier Oligonukleotide entstanden ist.In the context of the present invention, an adapter is understood to mean a double-stranded nucleic acid molecule which has arisen from the attachment of two oligonucleotides.
Desoxy-Oli onukleotid:Deoxy oli onucleotide:
Unter einem Desoxy-Oigonukleotid ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelsträngiges Polymer aus Desoxyribonukleotiden zu verstehen.For the purposes of the present invention, a deoxy-oligonucleotide is to be understood as a single-stranded polymer composed of deoxyribonucleotides.
DNA-Polvmerase:DNA Polvmerase:
Unter einer DNA-Polymerase ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Enzym zu verstehen, welches matrizenabhängig DNA synthetisiert und dabei DNA als Matrize nutzt. Demzufolge verkörpert auch eine Reverse- Transkriptase eine DNA-Polymerase.For the purposes of the present invention, a DNA polymerase is to be understood as an enzyme which synthesizes DNA depending on the template and uses DNA as a template. As a result, a reverse transcriptase also embodies a DNA polymerase.
Nukleotidanalogon:nucleotide analogue:
In Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Nukleotidanalogon ein Nukleotid zu verstehen, welches mindestens an einer Molekülposition gegenüber einem Desoxynukleotid verändert ist.In the sense of the present invention, a nucleotide analog is to be understood as a nucleotide which is changed at least at one molecular position in relation to a deoxynucleotide.
Oliqonukleotid:Oliqonukleotid:
Unter einem Oigonukleotid ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelsträngiges Polymer aus Nukleotiden zu verstehen, wobei die Nukleotide sowohl Desoxyribonukleotide als auch Ribonukleotide verkörpern können.For the purposes of the present invention, an oigonucleotide is understood to mean a single-stranded polymer composed of nucleotides, the Nucleotides can embody both deoxyribonucleotides and ribonucleotides.
Polvmeraseresistentes Oligonukleotid: Unter einem polymeraseresistenten Oligonukleotid ist ein solchesPolymer-resistant oligonucleotide: Among a polymerase-resistant oligonucleotide is one
Oligonukleotid zu verstehen, das mindestens ein Nukleotidanalogon mit einer Polymeraseresistenz-verleihenden Schutzgruppe enthält, wobei das Nukleotidanalogon von einer DNA-Polymerase nicht als Matrize für eine DNA-Neusynthese genutzt werden kann. Die erfindungsgemäßen polymeraseresistenten Oligonukleotide können jedoch von einer DNA- Polymerase als Startmolekül zur DNA-Neusynthese genutzt werden.To understand oligonucleotide which contains at least one nucleotide analog with a protective group conferring polymerase resistance, wherein the nucleotide analog cannot be used by a DNA polymerase as a template for a new DNA synthesis. The polymerase-resistant oligonucleotides according to the invention can, however, be used by a DNA polymerase as a starting molecule for DNA resynthesis.
Polymeraseresistenz-verleihende Schutzqruppe: Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Polymeraseresistenz verleihenden Schutzgruppe ein chemisch modifiziertes Desoxyribonukleotid zu verstehen, wobei die Modifikation in Form einer Schutzgruppe dafür sorgt, dass die so modifizierten Nukleotidanaloga nicht mehr von einer DNA- Polymerase als Matrize für eine DNA-Neusynthese genutzt werden können.Protective group conferring polymerase resistance: For the purposes of the present invention, a protective group conferring polymerase resistance is to be understood as a chemically modified deoxyribonucleotide, the modification in the form of a protective group ensuring that the nucleotide analogs thus modified are no longer of a DNA polymerase as a template for DNA -New synthesis can be used.
Reverse-Transkriptase:Reverse transcriptase:
Unter Reverse-Transkriptase ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Enzym zu verstehen, welches an einer RNA-Matrize, aber auch an einer einzelsträngigen DNA-Matrize, DNA synthetisiert.In the context of the present invention, reverse transcriptase is to be understood as an enzyme which synthesizes DNA on an RNA template, but also on a single-stranded DNA template.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden das bzw. die in der DNA überstehende(n) 5 '-DNA-Enden durch den Einbau von modifizierten, polymeraseresistenten Oligonukleotiden erzeugt. Derartige polymeraseresistente Oligonukleotide verkörpern einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung und können durch DNA-Polymerasen oder durch Reverse-Transkriptasen in einen zu synthetisierten DNA-Strang eingebracht werden.According to the method according to the invention, the 5 ' DNA end (s) protruding in the DNA are generated by incorporating modified, polymerase-resistant oligonucleotides. Such polymerase-resistant oligonucleotides embody a further object of the present invention and can be introduced into a DNA strand to be synthesized by DNA polymerases or by reverse transcriptases.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine Vielzahl von Nukleotidmodifikationen dazu führen, dass eine DNA-Polymerase beiSurprisingly, it was found that a large number of nucleotide modifications lead to a DNA polymerase
Verwendung des polymeraseresistenten Oligonukleotids oder eines bereits in einen DNA-Strang eingebauten polymeraseresistenten Oligonukleotids ihre matrizenabhängige DNA-Neusynthese bei Erreichen der polymerase- resistenzverleihenden Schutzgruppe beendet. Ein polymeraseresistentes Oligonukleotid zeichnet sich demnach dadurch aus, dass es:Use of the polymerase-resistant oligonucleotide or a polymerase-resistant oligonucleotide already built into a DNA strand ends its template-dependent DNA resynthesis when the protective group conferring polymerase resistance is reached. A polymerase-resistant oligonucleotide is characterized in that it:
a) natürlicherweise nicht vorkommt; b) als Startpunkt einer matrizenabhängigen DNA-Neusynthese durch DNA- Polymerasen oder Reverse-Transkriptasen dienen kann; c) mindestens ein Nukleotidanalogon enthält, welches von einer DNA- Polymerase nicht als Matrize für eine DNA-Neusynthese genutzt werden kann und daher als Schutzgruppe dient, welche ein Stoppen der Polymeraseaktivität von DNA-Polymerasen an dieser Stelle bewirkt. d) es nicht die Ligierbarkeit des neu synthetisierten DNA-Doppelstranges beeinträchtigt.a) does not occur naturally; b) can serve as the starting point for a template-dependent DNA re-synthesis by DNA polymerases or reverse transcriptases; c) contains at least one nucleotide analog which cannot be used by a DNA polymerase as a template for DNA resynthesis and therefore serves as a protective group which causes the polymerase activity of DNA polymerases to stop at this point. d) it does not impair the ligability of the newly synthesized DNA double strand.
Zu den Modifikationen, die erfindungsgemäß die Aufgabe einer Polymeraseresistenz-verleihenden Schutzgruppe erfüllen, gehören beispielsweise folgende:The modifications which, according to the invention, fulfill the function of a protective group conferring polymerase resistance include, for example:
1. An der Phosphatgruppe derivatisierte Desoxyribonukleotide sowie Ribonukleotide, worunter Phosphorothioatmodifizierte Desoxyribonukleotide sowie Phosphorothioatmodifizierte Ribonukleotide bevorzugt werden. Als Polymeraseresistenz-verleihende Schutzgruppe wird beispielsweise eine an der 5'-Position des Riboseringes durch eine Phosphorothioat-Gruppierung derivatisierte Ribose-Partialstruktur besonders bevorzugt eingesetzt.1. Deoxyribonucleotides and ribonucleotides derivatized on the phosphate group, among which phosphorothioate-modified deoxyribonucleotides and phosphorothioate-modified ribonucleotides are preferred. For example, a ribose partial structure derivatized at the 5 ' position of the ribose ring by a phosphorothioate group is particularly preferably used as the protective group conferring polymerase resistance.
2. Des weiteren können im Sinne der vorliegenden Erfindung an unterschiedlichen Positionen Alkyl-modifizierte Nukleotidbausteine als polymeraseresistenzverleihende Schutzgruppen erfolgreich eingesetzt werden.2. Furthermore, for the purposes of the present invention, alkyl-modified nucleotide building blocks can be successfully used as protective groups conferring polymerase resistance at different positions.
Hierunter fallen insbesondere an der 2'-Hydroxy-Gruppe alkylierte Ribonukleotide.This includes in particular alkylated ribonucleotides on the 2'-hydroxy group.
Als Alkylreste werden folgende Substituent bevorzugt:The following substituents are preferred as alkyl radicals:
Methyl, Ethyl, Propyl, 1 -Methylethyl (iso-Propyl), Butyl, 1 -Methylpropyl, 2-Methylpropyl, 1 ,1 -Dimethylethyl, n-Pentyl, 1 -Methylbutyl, 2- Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1 ,1-Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, Hexyl, 1-Methylpentyl, 2- Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1 ,1 -Dimethylbutyl, 1 ,2- Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1 ,2-Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Trimethylpropyl, 1 -Ethyl-1 -methylpropyl undl -Ethyl-2methyl- propyl, worunter Cι-C3-Alkylreste besonders bevorzugt werden und die Methylgruppe ganz besonders bevorzugt wird.Methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl (isopropyl), butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1, 1-dimethylethyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1, 1 -Dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2- Dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1, 1, 2-trimethylpropyl, 1, 2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methylpropyl and 1 -ethyl-2methyl - Propyl, among which -CC 3 alkyl radicals are particularly preferred and the methyl group is very particularly preferred.
Die erwähnten alkylierten Nukleotide sind entweder kommerziell erhältlich oder können auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise leicht hergestellt werden.The alkylated nucleotides mentioned are either commercially available or can be easily prepared in a manner known from the prior art.
Entsprechend werden beispielsweise 2'-Methoxy-Ribonukleotide besonders bevorzugt eingesetzt.Accordingly, 2'-methoxy ribonucleotides, for example, are particularly preferably used.
Daneben können Substituenten mit einer Alkoxyalkylenstruktur eingesetzt werden, worunter beispielsweise die Gruppierung -[(CH2)2]q-O-Alkyl in der q eine ganze Zahl 1 ,2,3, 4 oder 5 bedeutet und Alkyl die oben genannte Bedeutung hat.In addition, substituents with an alkoxyalkylene structure can be used, including, for example, the grouping - [(CH 2 ) 2 ] q -O-alkyl in which q is an integer 1, 2, 3, 4 or 5 and alkyl has the meaning given above.
3. In 5-Position halogenierte Ribonukleotide oder Deoxiribonukleotide, worunter beispielsweise 5-Fluor-dU, 5-Brom-dU sowie 5-lod-dU bevorzugt werden.3. Ribonucleotides or deoxiribonucleotides halogenated in the 5-position, among which 5-fluoro-dU, 5-bromo-dU and 5-iodine-dU are preferred.
4. Ribonukleotide oder Desoxyribonukleotide, die in ihrer Basen-4. Ribonucleotides or deoxyribonucleotides that are in their bases
Partialstruktur mit einem Farbstoff substituiert sind, worunter Farbstoffe vom Fluorescein-Typ oder TAMRA bevorzugt werden.Partial structure are substituted with a dye, among which dyes of the fluorescein type or TAMRA are preferred.
5. Derivate natürlich vorkommender Nukleotide, die eine andere Base aufweisen, die in natürlich vorkommenden Nukleotiden nicht eingebaut wird, worunter als Basen 2-Aminopurin und 5-Nitroindol bevorzugt werden5. Derivatives of naturally occurring nucleotides that have a different base that is not incorporated in naturally occurring nucleotides, among which 2-aminopurine and 5-nitroindole are preferred as bases
6. Nukleotidsurrogate, die keine der von den natürlich vorkommenden Nukleotiden bekannten Basen aufweisen, worunter Ribose oder6. Nucleotide surrogates which do not have any of the bases known from the naturally occurring nucleotides, including ribose or
Desoxyribose bevorzugt werden, die gegebenenfalls substituiert oder derivatisiert sein können, worunter Phosphorothioat — derivatisierte Ribosen oder Desoxyribosen bevorzugt werden. 7. Ribonukleotide bzw. Desoxyribonukleotide ersetzende Strukturen wie verzweigte oder unverzweigte Polyetherstrukturen, worunterDeoxyribose are preferred, which may optionally be substituted or derivatized, among which phosphorothioate-derivatized riboses or deoxyriboses are preferred. 7. Ribonucleotides or deoxyribonucleotide replacing structures such as branched or unbranched polyether structures, including
HO(CH2) 3OH, HO[(CH2) nO] nH worin n eine ganze Zahl 1 ,2,3,4 oder 5 bedeutet, oderHO (CH 2 ) 3 OH, HO [(CH 2 ) nO] n H where n is an integer 1, 2, 3 , 4 or 5, or
HO-CH2CH[(CH2) mNH2 ](CH2) OH, worin m eine ganze Zahl 3, 4, 5, 6 oder 7 bedeutet, bevorzugt werden.HO-CH 2 CH [(CH 2 ) m NH 2 ] (CH 2 ) OH, where m is an integer 3, 4, 5, 6 or 7, are preferred.
8. Daneben können sog. Reversed Bases eingesetzt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind8. In addition, so-called reversed bases can be used, which are known from the prior art
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von mehreren polymeraseresistenzverleihenden Schutzgruppen innerhalb eines polymeraseresistenten Oligonukleotids. Diese können sowohl in direkter Abfolge oder auch alternierend vorkommen. Dies ist aber nicht erforderlich, da bereits die dem 3 '-Ende am nächsten liegende polymeraseresistenz- verleihende Schutzgruppe das Stoppen der DNA-Polymerase bewirkt. Weiterhin ist eine Kombination aus Modifizierungen, die jede für sich alleine schon eine Polymeraseresistenz bewirkt, möglich. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung eines Phosphorothioatmodifizierten Ribonukleotid- Bausteins der Fall.Another object of the invention is the use of several protective groups conferring polymerase resistance within one polymerase-resistant oligonucleotide. These can occur either in direct succession or alternately. However, this is not necessary since the protective group conferring polymerase resistance which is closest to the 3 ' end causes the DNA polymerase to be stopped. Furthermore, a combination of modifications, each of which alone brings about polymerase resistance, is possible. This is the case, for example, when using a phosphorothioate-modified ribonucleotide building block.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Ribonukleotids als Schutzgruppe innerhalb eines polymeraseresistenten Oligonukleotids liegt darin, dass Ribonukleotide mit komplementären DesoxyribonukleotidenAnother advantage of using a ribonucleotide as a protective group within a polymerase-resistant oligonucleotide is that ribonucleotides with complementary deoxyribonucleotides
Wasserstoffbrückenbindungen eingehen, die identisch mit denen sind, die zwischen zwei komplementären Desoxyribonukleotiden ausgebildet werden.Form hydrogen bonds that are identical to those formed between two complementary deoxyribonucleotides.
Im folgenden werden beispielhaft die Vorteile eines hybriden DNA/RNA- Oligonukleotids, mit einem Ribonukleotidbaustein als Polymeraseresistenz- verleihender Schutzgruppe, näher erläutert.In the following, the advantages of a hybrid DNA / RNA oligonucleotide with a ribonucleotide building block as a protective group conferring polymerase resistance are exemplified.
Ein Beispiel für ein solches Oligonukleotid hat zum Beispiel die allgemeine Formel:An example of such an oligonucleotide has, for example, the general formula:
5 -XXXyXXXXX-3' 5 -XXXyXXXXX-3 '
Das Oligonukleotid umfasst im vorliegenden Fall zum Beispiel 9 Nukleotide, wobei jedes X für ein beliebiges Desoxyribonukleotid (dA, dT, dC oder dG) und y für ein beliebiges Ribonukleotid (A, U, C oder G) steht, welches sich hier an Nukleotidposition vier befindet.In the present case, the oligonucleotide comprises, for example, 9 nucleotides, each X for any deoxyribonucleotide (dA, dT, dC or dG) and y stands for any ribonucleotide (A, U, C or G), which is located here at nucleotide position four.
Es ist für den Fachmann evident, dass das beispielhaft dargestellte Oligonukleotid jedwede Anzahl von Nukleotiden aufweisen kann.It is evident to the person skilled in the art that the exemplified oligonucleotide can have any number of nucleotides.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das in der allgemeinen Formel beschriebene Oligonukleotid 1 bis 15, bevorzugt 1 bis 10 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 4 im angestrebten 5'-Überhang sowie 3 bis 150, bevorzugt 15 bis 30 und besonders bevorzugt 18 bis 25 Nukleotide in der später komplementären Teilstruktur.For the purposes of the present invention, the oligonucleotide described in the general formula comprises 1 to 15, preferably 1 to 10 and very particularly preferably 1 to 4 in the desired 5 'overhang and 3 to 150, preferably 15 to 30 and particularly preferably 18 to 25 nucleotides in the later complementary substructure.
Prinzipiell kann sich das Ribonukleotid (y) an jeder Position im Oligonukleotid befinden. Weiterhin kann das Ribonukleotid zusätzlich modifiziert sein, insbesondere kann es eine 2'O-Methyl-Gruppierung und/oder eine Phosphorothioat-Gruppierung besitzen.In principle, the ribonucleotide (y) can be located at any position in the oligonucleotide. Furthermore, it can be additionally modified the ribonucleotide, in particular it may be a 2 'O-methyl group and / or a phosphorothioate group possess.
Jedes Oligonukleotid mit Polymeraseresistenz-verleihender Schutzgruppe kann frei nach den jeweiligen Anforderungen gestaltet werden. Für eine stabile Hybridisierung mit dem Matrizenstrang wird der 3 '-Bereich des polymeraseresistenten Oligonukleotids in der Regel so gestaltet, dass er sechs bis dreißig mit dem Matrizenstrang hybridisierende Nukleotide besitzt.Every oligonucleotide with a protective group conferring polymerase resistance can be designed freely according to the respective requirements. For stable hybridization with the template strand, the 3 region of the polymerase-resistant oligonucleotide is generally designed in such a way that it has six to thirty nucleotides hybridizing with the template strand.
Amplifiziert man mittels PCR unter Verwendung einer fehlerlesenden thermostabilen DNA-Polymerase, wie z.B. der Pfu-DNA-Polymerase, eines polymeraseresistenten Oligonukleotids und eines konventionellenAmplified by PCR using an error-reading thermostable DNA polymerase, such as Pfu DNA polymerase, a polymerase-resistant oligonucleotide and a conventional one
Desoxyoligonukleotids einen DNA-Abschnitt, dann wird die Größe des durch das polymeraseresistente DNA/RNA-Oligonukleotid eingebrachten 5'- Überhangs alleine durch die Lage des Ribonukleotidbausteins (y) bestimmt. Der 5 '-Überhang beginnt mit dem Ribonukleotid (y) und setzt sich bis zum 5 '-Ende des eingesetzten polymeraseresistenten DNA/RNA-Oligonukleotids fort.Deoxyoligonucleotide a DNA section, then the size of the 5 ' overhang introduced by the polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotide is determined solely by the position of the ribonucleotide building block (y). The 5 ' overhang begins with the ribonucleotide (y) and continues until the 5 ' end of the polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotide used.
In dem als Beispiel aufgeführten DNA/RNA-Oligonukleotid wäre der 5'- Überhang demnach vier Nukleotide groß, die sich aus drei Desoxyribonukleotiden (X) und dem einen als Schutzgruppe wirkenden Ribonukleotid (y) zusammensetzen. Das zweite Ende des amplifizierten DNA-Moleküls hätte, da ein konventionelles Desoxyoligonukleotid verwendet wurde, ein glattes Ende. Das so erzeugte PCR-Produkt lässt sich, da die Enden unterschiedlich sind, gerichtet in einen Vektor mit kompatiblen Enden einbauen. Zur Erzeugung eines PCR-Produkts - beispielsweise - mit zwei 5 - überstehenden Enden sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei polymeraseresistente DNA/RNA-Oligonukleotide einzusetzen.In the DNA / RNA oligonucleotide listed as an example, the 5 overhang would therefore be four nucleotides, which are composed of three deoxyribonucleotides (X) and one ribonucleotide (y) acting as a protective group. The second end of the amplified DNA molecule would have a smooth end since a conventional deoxyoligonucleotide was used. The PCR product generated in this way can, since the ends are different, be built into a vector with compatible ends. To generate a PCR product - for example - with two 5 - protruding ends are to be used according to the inventive method two polymerase-resistant DNA / RNA oligonucleotides.
Bei Verwendung der Taq-DNA-Polymerase in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist derjenige Umstand in Betracht zu ziehen, dass dieses Enzym und von ihm abgeleitete DNA-Polymerasen matrizenunabhängig meist ein Adenin-Desoxynukleotid (dA) an die 3'-Enden von DNA-Molekülen anfügen. Wie in Beispiel 7 gezeigt, ist eine Rekombination von zwei durch Taq-DNA- Polymerase und polymeraseresistente Oligonukleotide erzeugten DNA- Molekülen dennoch möglich. Wird jedoch ein mit Taq-DNA-Polymerase erhaltenes PCR-Produkt nachträglich mit einem fehlerkorrigierenden Enzym - wie beispielsweise der T4-DNA-Polymerase - behandelt, dann können auch solche DNA-Fragmente sehr effizient kloniert werden (vgl. Beispiel 4). Beide Methoden sind daher alternativ verwendbar. Somit kann in dem erfidungsgemäßen Verfahren jedwede Art von thermostabiler DNA- Polymerase eingesetzt werden.When using Taq DNA polymerase in the method according to the invention, the fact that this enzyme and DNA polymerases derived from it usually add an adenine deoxynucleotide (dA) to the 3 ' ends of DNA molecules, regardless of the template, must be taken into account , As shown in Example 7, a recombination of two DNA molecules produced by Taq DNA polymerase and polymerase-resistant oligonucleotides is still possible. However, if a PCR product obtained with Taq DNA polymerase is subsequently treated with an error-correcting enzyme, such as T4 DNA polymerase, then such DNA fragments can also be cloned very efficiently (cf. Example 4). Both methods can therefore be used alternatively. Any type of thermostable DNA polymerase can thus be used in the process according to the invention.
Durch die Verwendung von zwei polymeraseresistenten Oligonukleotiden, die sich entweder in der Größe des 5'-Überhangs und/oder durch dessen Nukleotidsequenz unterscheiden, lässt sich durch den Einsatz einer - gemäß der vorliegenden Erfindung - hergestellten Nukleotidsequenz eine gerichtete Klonierung eines PCR-Produktes erreichen.By using two polymerase-resistant oligonucleotides, which differ either in the size of the 5 ' overhang and / or in the nucleotide sequence, a directed cloning of a PCR product can be achieved by using a nucleotide sequence produced according to the present invention.
Auch in diesem Fall wird ein linearisierter Klonierungsvektor mit kompatiblen DNA-Enden benötigt. Diese Enden können beispielsweise durch die Behandlung mit Restriktionsendonukleasen erzeugt worden sein (vgl. Beispiel 1 !). In einer alternativen Ausführungsform kann der benötigte lineare Vektor ebenfalls über PCR-Amplifizierung unter Verwendung geeigneter polymeraseresistenter Oligonukleotide, analog wie bereits beschrieben, erzeugt werden (siehe Beispiel 7!). Die Herstellung des Klonierungsvektors auf diesem Weg weist mehrere entscheidende Vorteile auf:In this case too, a linearized cloning vector with compatible DNA ends is required. These ends may have been generated, for example, by treatment with restriction endonucleases (cf. Example 1!). In an alternative embodiment, the required linear vector can also be generated via PCR amplification using suitable polymerase-resistant oligonucleotides, analogously to that already described (see Example 7!). The production of the cloning vector in this way has several decisive advantages:
1) Es können zwei 5 '-überstehende Enden mit beliebiger Größe und Nukleotidzusammensetzung erzeugt werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit 5 '-überstehende Enden zu generieren, deren Erzeugung durch Restriktionsendonukleasen nicht möglich gewesen wäre. Das bedeutet, dass Beschränkungen von Klonierungsstrategien, die durch die Verfügbarkeit von Restriktionsendonukleasen bedingt wurden, umgangen werden können. 2) Die Möglichkeit große 5 '-überstehende DNA-Enden zu erzeugen, eröffnet den Zugang zu einem Verfahren, DNA-Fragmente ohne in vitro- Ligasereaktion zu kombinieren.1) Two 5 ' protruding ends of any size and nucleotide composition can be created. This results in the possibility of generating 5 protruding ends, the generation of which by restriction endonucleases would not have been possible. This means that limitations of cloning strategies due to the availability of restriction endonucleases can be circumvented. 2) The possibility of generating large 5 ' protruding DNA ends opens up access to a method of combining DNA fragments without an in vitro ligase reaction.
3) Bei einem durch PCR hergestellten linearen Vektor mit nicht kompatiblen Enden kann bei einer DNA-Rekombination mit weniger selbstligiertem Vektor gerechnet werden als in dem Fall wenn die Enden durch Restriktionsendonukleasen erzeugt worden sind. Gründe für unvollständigen Restriktionsverdau sind u.a. methylierte DNA-Erkennungssequenzen, nicht optimale Reaktionsbedingungen oder Enzyminstabilitäten.3) In the case of a linear vector produced by PCR with incompatible ends, DNA recombination with a less self-ligated vector can be expected than in the case when the ends were generated by restriction endonucleases. Reasons for incomplete restriction digestion include methylated DNA recognition sequences, suboptimal reaction conditions or enzyme instabilities.
Hybridisieren zwei Nukleotiddoppelstränge an ihren Enden jeweils über Bereiche von etwa 12 Nukleotiden, dann entsteht dabei ein zirkuläres, jedoch nicht kovalent verknüpftes DNA-Molekül. Transformiert man Bakterien, wie z.B. Escherichia coli, mit einem solchen DNA-Molekül, dann werden durch endogene bakterielle Reparaturenzyme die hybridisierenden Enden des rekombinanten DNA-Moleküls kovalent verknüpft (vgl. Beispiel 7!). Der Vorteil einer ligaseunabhängigen Klonierungsstrategie liegt dabei vorwiegend in der Zeitersparnis.If two nucleotide double strands hybridize at their ends each over regions of approximately 12 nucleotides, a circular, but not covalently linked DNA molecule is formed. If you transform bacteria, e.g. Escherichia coli, with such a DNA molecule, then the hybridizing ends of the recombinant DNA molecule are covalently linked by endogenous bacterial repair enzymes (cf. Example 7!). The advantage of a ligase-independent cloning strategy is that it saves time.
Neben der Erzeugung eines linearen Klonierungsvektors mit einem oder zwei 5 '-überstehenden Enden durch Restriktionsendonukleasen oder durch PCR mit polymeraseresistenten Oligonukleotiden besteht weiterhin die Möglichkeit, ein solches Molekül durch die kovalente Verknüpfung mit doppel- oder einzelsträngigen DNA-Adaptermolekülen zu erzeugen, welches jedoch den umständlichsten Weg darstellt.In addition to the generation of a linear cloning vector with one or two 5 ' protruding ends by restriction endonucleases or by PCR with polymerase-resistant oligonucleotides, it is also possible to generate such a molecule by covalent linkage with double- or single-stranded DNA adapter molecules, but this is the most cumbersome Represents way.
Ein durch Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden hergestelltes doppelstrangiges DNA-Molekül mit einem oder zwei überstehenden 5 '-Enden kann grundsätzlich mit jedem doppelsträngigen DNA-Molekül über kompatible Enden oder durch homologe Rekombination fusioniert werden. Als Klonierungssysteme bieten sich daher beispielsweise Plasmide, Phagemide, Cosmide, artifizielle Chromosomen von Hefe oder Bakterien (YAC, BAC), natürlicherweise vorkommende Chromosomen oder bereits modifizierte Chromosomen an.A double-stranded DNA molecule with one or two protruding 5 ' ends produced by using polymerase-resistant oligonucleotides can in principle be fused with each double-stranded DNA molecule via compatible ends or by homologous recombination. For example, plasmids, phagemids, cosmids, artificial chromosomes of yeast or bacteria (YAC, BAC), naturally occurring chromosomes or already modified chromosomes are suitable cloning systems.
Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, sie ist aber nicht die einzige Methode mit Hilfe von einem oder zwei polymeraseresistenten Oligonukleotiden ein doppelstrangiges DNA-Molekül mit überstehenden 5 '-Enden zu erzeugen. Alternativ kann jede natürlich oder rekombinant vorkommende DNA-Polymerase dazu genutzt werden, ausgehend von einem polymeraseresistenten Oligonukleotid, einen DNA-Strang matrizenabhängig zu synthetisieren. Als Matrizen-DNA kann dabei doppel- oder einzelsträngige DNA dienen, wobei die doppelsträngige DNA, um als Matrize dienen zu können, zumindest partiell denaturiert vorliegen muss. Zur Denaturierung von doppelsträngiger DNA kann diese für 10 min auf 90 -100 °C erhitzt werden, oder es kann eine Alkalibehandlung (pH > 12) durchgeführt werden. Als doppelsträngige Matrizen-DNA bieten sich hier primär solche an, die durch Behandlung mit Restriktionsendonukleasen oder durch PCR entstanden sind. Einzelsträngige Matrizen-DNA kann man beispielsweise aus rekombinanten Bakteriophagen isolieren oder über eine PCR-Reaktion mit nur einem Oligonukleotid herstellen.The polymerase chain reaction (PCR) is a preferred embodiment, but it is not the only method using one or two polymerase-resistant oligonucleotides to generate a double-stranded DNA molecule with protruding 5 ' ends. Alternatively, any naturally occurring or recombinant DNA polymerase can be used to synthesize a DNA strand starting from a polymerase-resistant oligonucleotide, depending on the template. Double-stranded or single-stranded DNA can serve as the template DNA, the double-stranded DNA, in order to be able to serve as a template, must be at least partially denatured. To denature double-stranded DNA, it can be heated to 90-100 ° C for 10 min, or an alkali treatment (pH> 12) can be carried out. As double-stranded template DNA, there are primarily those which have arisen from treatment with restriction endonucleases or from PCR. Single-stranded template DNA can be isolated, for example, from recombinant bacteriophages or produced by means of a PCR reaction with only one oligonucleotide.
Synthese von zur Boten-RNA (mRNA) komplementärer DNA und deren gerichtete Klonierung.Synthesis of DNA complementary to messenger RNA (mRNA) and its directed cloning.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden bei der Synthese von doppelsträngiger, zur Boten-RNA (mRNA) komplementärer DNA (cDNA) Mit Hilfe des Enzyms Reverse-Transkriptase ist es möglich, ausgehend von einer einzelsträngigen DNA- oder RNA-Matrize (z.B.: mRNA, tRNA, rRNA), einen dazu komplementären DNA-Strang zu erzeugen. Als Startpunkt der DNA-Synthese durch eine Reverse-Transkriptase dient ein kurzer doppelsträngiger Nukleotidabschnitt, der beispielsweise durch die Anlagerung eines Desoxyoligonukleotids erzeugt wurde. Als Starter- Oligonukleotide dienen in der Regel "verankerte Oligo dT-Oligonukleotide", die mit dem 5'-Anfang des Poly-A-Schwanzes von mRNA hybridisieren. Die Nukleotide, die dabei als "Anker" dienen, hybridisieren mit den direkt vor dem Poly-A-Schwanz liegenden Ribonukleotiden. Neben Oligo dT- Oligonukleotiden finden genspezifische Oligonukleotide und per Zufall hergestellte Oligonukleotide (random oligonucleotides) Anwendung bei der Synthese des ersten, zur mRNA komplementären DNA-Strangs.Another object of the invention is the use of polymerase-resistant oligonucleotides in the synthesis of double-stranded DNA (cDNA) complementary to messenger RNA (mRNA). With the aid of the reverse transcriptase enzyme, it is possible to start from a single-stranded DNA or RNA template (eg: mRNA, tRNA, rRNA) to generate a complementary DNA strand. A short double-stranded nucleotide segment, which was generated, for example, by the addition of a deoxyoligonucleotide, serves as the starting point for DNA synthesis by means of a reverse transcriptase. As a rule, "anchored oligo dT oligonucleotides" serve as starter oligonucleotides, which hybridize with the 5 ' beginning of the poly-A tail of mRNA. The nucleotides, which serve as "anchors", hybridize with the ribonucleotides located directly in front of the poly A tail. In addition to oligo dT oligonucleotides, gene-specific oligonucleotides and randomly produced oligonucleotides (random oligonucleotides) are used in the synthesis of the first DNA strand which is complementary to the mRNA.
In einer alternativen Ausführungsform können zur Synthese dieses DNA- Erststrangs polymeraseresistente Oligonukleotide eingesetzt werden (siehe Beispiel 8). Diese lassen sich prinzipiell ebenfalls als verankerte Oligo dT- Oligonukleotide, als genspezifische Oligonukleotide, als Zufallsoligo- nukleotide oder als nicht verankerte Oligo dT-Oligonukleotide herstellen. Der große Vorteil bei der Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids bei der cDNA-Erststrangsynthese besteht darin, dass dadurch in diesen DNA-Strang eine Schutzgruppe eingefügt wird. Diese Schutzgruppe bewirkt, dass bei der Synthese des zweiten cDNA-Stranges nach konventionellen, dem Fachmann bekannten Methoden, an deren 3'- Region ein 5 '-überstehendes Ende bekannter Sequenz erhalten wird. Die 5'- Region der erzeugten doppelsträngigen cDNA ist, wie bei konventionellen Methoden, glatt. Die nun vorliegenden unterschiedlichen Enden der doppelsträngigen cDNA, die glatte 5'-Region und die 3'-Region mit 5'- Überhang, erlauben deren gerichteten Einbau in einen Klonierungsvektor oder einen Phagen.In an alternative embodiment, polymerase-resistant oligonucleotides can be used to synthesize this DNA first strand (see Example 8). In principle, these can also be produced as anchored oligo dT oligonucleotides, as gene-specific oligonucleotides, as random oligonucleotides or as non-anchored oligo dT oligonucleotides. The great advantage of using a polymerase-resistant oligonucleotide in cDNA first strand synthesis is that a protective group is inserted into this DNA strand. This protective group has the effect that, when the second cDNA strand is synthesized by conventional methods known to the person skilled in the art, a 5 'protruding end of a known sequence is obtained at its 3 ' region. The 5 ' region of the double-stranded cDNA produced is smooth, as in conventional methods. The different ends of the double-stranded cDNA now available, the smooth 5 ' region and the 3 ' region with a 5 ' overhang, allow their directed incorporation into a cloning vector or a phage.
Eine Behandlung der doppelsträngigen cDNA mit Restriktionsendonukleasen ist hierfür nicht erforderlich. Genauso entfällt die Fusionierung der erhaltenen cDNA mit Adaptermolekülen, einer bei konventionellen Methoden gängigen Modifizierung bei deren Klonierung.Treatment of the double-stranded cDNA with restriction endonucleases is not necessary for this. Likewise, there is no need to fuse the cDNA obtained with adapter molecules, a modification that is common in conventional methods when cloning it.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird neben der Synthese des cDNA- Erststrangs auch die cDNA-Zweitstrangsynthese mit einem polymeraseresistenten Oligonukleotid durchgeführt. Auf diese Weise erhält man eine doppelsträngige cDNA mit beidseitig 5 '-überstehenden Enden, welche gerichtet klonierbar ist. Um die Anlagerung des zweiten polymeraseresistenten Oligonukleotids an den cDNA-Erststrang zu ermöglichen, muss dessen 3'-Ende eine bekannte Nukleotidsequenz besitzen. Dies kann man beispielsweise durch Behandlung des cDNA-Erststrangs mit dem Enzym Terminale-Desoxynukleotidyl-Transferase in Gegenwart von nur einem Desoxynukleotid erreichen. Bei Verwendung von z.B. Desoxyguanosin 5'- triphosphat (dG) wird ein Poly-dG-Schwanz an das 3'-Ende des cDNA- Erststrangs angefügt. An ein solches 3 '-Ende lässt sich dann problemlos ein, für die Synthese des cDNA-Zweitstrangs notwendiges, polymeraseresistentes Oligonukleotid, welches eine die Hybridisierung ermöglichende Poly-Desoxycytidylat-Sequenz enthält, anlagern.In a preferred embodiment, in addition to the synthesis of the cDNA first strand, the cDNA second strand synthesis is also carried out using a polymerase-resistant oligonucleotide. In this way, a double-stranded cDNA with 5 ' projecting ends on both sides is obtained, which can be cloned in a directed manner. In order to enable the attachment of the second polymerase-resistant oligonucleotide to the cDNA first strand, its 3 ' end must have a known nucleotide sequence. This can be achieved, for example, by treating the first strand of cDNA with the enzyme terminal deoxynucleotide transferase in the presence of only one deoxynucleotide. When using, for example, deoxyguanosine 5 - End of cDNA 'triphosphate (dG) a poly-dG-tailed to the 3' first strand added. Such a 3 ' end can then be easily attached to the polymerase-resistant oligonucleotide required for the synthesis of the second strand of cDNA, which contains a poly-deoxycytidylate sequence which enables hybridization.
Bei der folgenden cDNA-Zweitstrangsynthese werden gleichzeitig die nicht hybridisierenden Desoxyguanylate am 3 '-Ende des cDNA-Erststranges abgespalten. Es wird somit ein doppelstrangiges cDNA-Molekül mit 5'- überstehenden Enden erzeugt, welches gerichtet Moniert werden kann. Der gerichtete Einbau einer cDNA bringt beispielsweise bei einem Expressionsklonierungsansatz wesentliche Vorteile, indem er die Wahrscheinlichkeit, die gesuchte cDNA zu finden, verdoppelt.In the following second strand cDNA synthesis, the non-hybridizing deoxyguanylates are cleaved off at the 3 ' end of the first strand cDNA. A double-stranded cDNA molecule with 5 'protruding ends is thus generated, which can be clipped in a directed manner. The directional incorporation of a cDNA, for example, has significant advantages in an expression cloning approach in that it doubles the probability of finding the cDNA sought.
Herstellung von synthetischen und teilsynthetischen GenenManufacture of synthetic and semi-synthetic genes
Die Expression von Genen wird häufig dadurch erschwert oder ganz verhindert, dass bestimmte Codons von dem zur Expression verwendeten System nicht oder nur schlecht in die entsprechende Aminosäure umgesetzt werden können. Die Synthese von Genen dient daher hauptsächlich der Anpassung von Codons an das gewählte Expressionssystem, aber auch zur Einführung von zuvor nicht vorhandenen Restriktionsschnittstellen und wird in letzter Zeit vermehrt eingesetzt.The expression of genes is often made more difficult or completely prevented by the fact that certain codons cannot be converted into the corresponding amino acid, or only with difficulty, by the system used for expression. The synthesis of genes is therefore mainly used to adapt codons to the selected expression system, but also to introduce previously non-existing restriction sites and has been used increasingly recently.
Die Verwendung von Desoxyoligonukleotide für die partielle oder auch die totale Gensynthese ist aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Dabei werden komplementäre Desoxyoligonukleotide getrennt synthetisiert und anschließend zu Adaptern hybridisiert. Diese doppelsträngigen DNA- Moleküle werden anschließend in ein geeignetes Plasmid eingebaut. Da die Kupplungsausbeuten bei der Oligonukleotidsynthese unter 100% liegen, ergibt sich, dass ein Oligonukleotid umso fehlerhafter ist, je länger es ist. Aus diesem Grund werden bei der Gensynthese in der Regel nur Oligonukleotide mit einer Größe zwischen 80-120 Nukleotiden verwendet. Daraus ergibt sich, dass bei der Synthese eines 1000 Basenpaare großen Gens etwa 10 Adaptermoleküle nacheinander in ein Plasmid eingebaut werden müssen, was einer Vielzahl von singulär schneidenden Restriktionsendonukleasen bedarf und weiterhin die Gensynthese langwierig macht.The use of deoxyoligonucleotides for partial or total gene synthesis is well known in the art. Complementary deoxyoligonucleotides are synthesized separately and then hybridized to adapters. These double-stranded DNA molecules are then inserted into a suitable plasmid. Since the coupling yields in oligonucleotide synthesis are below 100%, it follows that the longer it is, the more defective an oligonucleotide is. For this reason, only oligonucleotides with a size between 80-120 nucleotides are generally used in gene synthesis. This means that in the synthesis of a gene of 1000 base pairs, approximately 10 adapter molecules have to be incorporated into a plasmid one after the other, which requires a large number of singly cutting restriction endonucleases and furthermore makes the gene synthesis lengthy.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen polymeraseresistentenWhen using the polymerase-resistant according to the invention
Oligonukleotiden lässt sich die Gensynthese beschleunigt durchführen. Hierzu werden beispielsweise zwei polymeraseresistente Oligonukleotide mit einer Größe von je 120 Nukleotiden eingesetzt, die beide eine Polymerase- resistenzverleihende Schutzgruppe am 5 '-Ende besitzen und die weiterhin über ihre 3 '-Bereiche über einen Abschnitt von 20 Nukleotiden miteinander hybridisieren. Behandelt man diese miteinander hybridisierenden Oligonukleotide mit einer DNA-Polymerase, dann erzeugt dieses Enzym daraus ein doppelstrangiges DNA-Molekül mit einer Größe von 200 Basenpaaren und unterschiedlichen überstehenden 5 '-Enden. Dieses DNA- Molekül kann dann gerichtet Moniert werden. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren weist die erfindungsgemäße Vorgehensweise die folgenden Vorteile auf:Oligonucleotides can accelerate gene synthesis. For this purpose, for example, two polymerase-resistant oligonucleotides with a size of 120 nucleotides each are used, both of which have a protective group conferring polymerase resistance at the 5 ' end and which continue to hybridize with one another via their 3 ' regions over a section of 20 nucleotides. If these hybridizing oligonucleotides are treated with a DNA polymerase, then this enzyme produces a double-stranded DNA molecule with a size of 200 base pairs and different protruding 5 ' ends. This DNA molecule can then be directionally cloned. Compared to the methods known from the prior art, the procedure according to the invention has the following advantages:
1) Die Abhängigkeit von geeigneten Endonukleaseschnittstellen wird vermindert.1) The dependency on suitable endonuclease interfaces is reduced.
2) Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, größere DNA-Moleküle mit geringerer Fehlerrate zu erzeugen, da bei dem entstehenden doppelsträngigen DNA-Molekül nur die Hälfte der Nukleotide aus der fehlerbehafteten Oligonukleotidsynthese stammt, während die andere Hälfte durch eine wesentlich genauer arbeitende DNA-Polymerase eingebaut wurde.2) The method according to the invention makes it possible to generate larger DNA molecules with a lower error rate, since in the resulting double-stranded DNA molecule only half of the nucleotides originate from the defective oligonucleotide synthesis, while the other half is incorporated by a DNA polymerase that works much more precisely has been.
3) Die Gensynthese ist schneller durchführbar, da man etwa doppelt so große DNA-Moleküle mit geringerer Fehlerrate erzeugen kann als bei herkömmlichen Methoden. Man benötigt daher für die Herstellung eines Gens nur halb so viele DNA-Adapter und Klonierungsschritte.3) Gene synthesis can be carried out more quickly, since DNA molecules that are about twice as large can be generated with a lower error rate than with conventional methods. It only takes half as many DNA adapters and cloning steps to produce a gene.
Ausschaltung von Genen (Knock-out), Ersetzung von Genen (Gene Replacement) und Herstellung von transgenen Tieren. Organismen und ZellenElimination of genes (knock-out), replacement of genes (gene replacement) and production of transgenic animals. Organisms and cells
Techniken für das Ausschalten und die Ersetzung von Genen bedienen sich der sogenannten homologen Rekombination (Austausch von genetischer Information zwischen zwei Nukleinsäureabschnitten). Für das Gelingen der homologen Rekombination ist es entscheidend, dass die beiden sich gegenseitig ersetzenden Nukleinsäuresequenzen homologe, bevorzugt jedoch nahezu identische Sequenzen aufweisen. Der Austausch erfordert folgende Schritte: Zunächst müssen sich die beiden zu rekombinierenden DNA-Sequenzen aneinander anlagern, anschließend muss es in beiden Strängen zu Strangbrüchen kommen, wobei sich jeder dieser Stränge von seinem intakten Partnerstrang trennt, um mit dem jeweils anderen Partner zu hybridisieren. Die sich bildende neue Doppelhelix wird anschließend durch zelluläre Reparaturenzyme kovalent verknüpft. Findet dieser Vorgang zweimal an unterschiedlichen Stellen eines Chromosomenabschnitts statt, dann wurde die genetische Information mittels des ausgetauschten Nukleinsäureabschnitts ersetzt (Gene Replacement). Auf die gleiche Weise kann auch ein Gen zerstört werden (Knock-out), indem bei der homologen Rekombination dessen Leserahmen, meist durch Insertion von Antibiotika- resistenzgenen, zerstört wird [Lodish et al., in: Molecular Cell Biology, 3. Ausgabe, 1995, Seiten 389]Techniques for switching off and replacing genes use the so-called homologous recombination (exchange of genetic information between two nucleic acid segments). For the homologous recombination to succeed, it is crucial that the two mutually replacing nucleic acid sequences have homologous, but preferably almost identical, sequences. The exchange requires the following steps: First, the two DNA sequences to be recombined must be attached to each other, then strand breaks must occur in both strands, each of these strands separating from its intact partner strand in order to hybridize with the other partner. The new double helix that forms is then covalently linked by cellular repair enzymes. If this process takes place twice at different locations on a chromosome section, then the genetic information was replaced by means of the replaced nucleic acid section (gene replacement). A gene can also be destroyed in the same way (knock-out) by using its reading frame during homologous recombination, usually by inserting antibiotics. resistance genes, is destroyed [Lodish et al., in: Molecular Cell Biology, 3rd edition, 1995, pages 389]
Bei dem zuvor beschriebenen Prozeß der homologen Rekombination bilden sich intermediär einzelsträngige Nukleinsäureabschnitte, welche dann mit einem homologen Partner im Chromosom hybridisieren. Normalerweise werden bei der homologen Rekombination zwei doppelsträngige DNA- Moleküle miteinander in Wechselwirkung gebracht, die Häufigkeit eines Rekombinationsereignisses ist aber generell sehr selten und vom biologischen System und der Größe des zu rekombinierenden DNA- Abschnitts abhängig.In the previously described process of homologous recombination, intermediate single-stranded nucleic acid sections are formed, which then hybridize with a homologous partner in the chromosome. Normally, two double-stranded DNA molecules are brought together in homologous recombination, but the frequency of a recombination event is generally very rare and depends on the biological system and the size of the DNA section to be recombined.
Neuere aus dem Stand der Technik bekannte Techniken zur Manipulation von Chromosomen bedienen sich Oligonukleotiden mit der Eigenschaft Dreierhelices (Triple helices) ausbilden zu können. Bei diesen Oligonukleotiden handelt es sich in der Regel um Polymere aus Desoxy-Ribo- nukleotiden und Ribonukleotiden. Diese Oligonukleotide verändern dann die natürlichen Sequenzabschnitte [US-PS 5,962,426].Newer techniques known from the prior art for manipulating chromosomes use oligonucleotides with the property of being able to form triple helices. These oligonucleotides are usually polymers made from deoxy-ribonucleotides and ribonucleotides. These oligonucleotides then change the natural sequence segments [US Pat. No. 5,962,426].
Eine homologe Rekombination findet umso häufiger statt, desto größer ein homologer einzelsträngiger Bereich auf einem ansonsten doppelsträngigen DNA-Molekül ist. Bei Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden lassen sich DNA-Moleküle mit großen 5 -überstehenden Enden erzeugen, die so gestaltet werden können, dass sie homolog zu einem Zielgen sind. Ein solches DNA-Molekül integriert daher effizient am gewünschten Genlocus.Homologous recombination takes place all the more frequently, the larger a homologous single-stranded area on an otherwise double-stranded DNA molecule. When using polymerase-resistant oligonucleotides, DNA molecules with large 5-protruding ends can be generated, which can be designed so that they are homologous to a target gene. Such a DNA molecule therefore integrates efficiently at the desired gene locus.
Mittels polymeraseresistenter Oligonukleotide hergestellte DNA-Moleküle mit großen 5 '-überstehenden Enden lassen sich genauso für die Erzeugung von transgenen Organismen und für die Gentherapie einsetzen, wenn man diese über den Mechanismus der homologen Rekombination durchführt.DNA molecules with large 5 ' protruding ends produced by means of polymerase-resistant oligonucleotides can also be used for the generation of transgenic organisms and for gene therapy if these are carried out via the mechanism of homologous recombination.
Analyse der differentiellen GenexpressionAnalysis of differential gene expression
Methoden zur Identifizierung unterschiedlich stark exprimierter Gene beruhen darauf, die mRNAs aus verschieden stimulierten Zellen zu isolieren und in cDNAs umzuschreiben, um anschließend die vorhandenen cDNAs semiquantitativ zu vergleichen. Bei der Methode SAGE (Serial Analysis of Gene Expression, Velculescu et al., Science, 270 (1995) 484; US-Psen 5,866,330 und 5,695,937) werden Restriktionsfragmente von allen vorhandenen cDNAs miteinander ligiert und anschließend sequenziert. Der Nachteil der Methode liegt darin, dass schwach exprimierte Gene nicht erfasst werden können. Methoden, die auch gering exprimierte Gene nachweisen können beruhen auf einer Vervielfältigung der cDNAs durch PCR. Dazu werden die gewonnenen cDNAs mit Enzymen geschnitten, die DNA sehr häufig hydrolysieren. An die dabei entstehenden DNA-Enden werden dann Oligonukleotidadapter bekannter Sequenz ligiert. Bei dem zuvor erwähnten PCR-Schritt bedient man sich dann dieser über die Oligo- nukleotidadapter eingebrachten Sequenzen. Zur Zeit verwenden z. B. folgende Methoden diese Technik: DEPD (digital expression pattern display, [Deutsches Patent Nr.: 198 064 31]), READS (Restriction enzyme analysis of differentially expressed genes) [Prashar und Weissman in: Methods in Enzymology, 303 (1999) 258; Gene Calling (Shimkets et al., in: Nature Biotechnology, 17 (1999) 798]; TOGA (Total gene expression analysis, [Sutcliffe et al., in: Proceedings of the National Academie of Sciences USA, 9Z (2000) 1976 bis 1981 ; US-PSen 6,096,503 und 5,459,037]).Methods for identifying differently expressed genes are based on isolating the mRNAs from differently stimulated cells and rewriting them into cDNAs in order to then compare the existing cDNAs semi-quantitatively. In the method SAGE (Serial Analysis of Gene Expression, Velculescu et al., Science, 270 (1995) 484; US-Psen 5,866,330 and 5,695,937), restriction fragments from all existing cDNAs are ligated together and then sequenced. The disadvantage of the method is that poorly expressed genes cannot be detected. Methods that can also detect low-expression genes are based on the amplification of the cDNAs by PCR. For this purpose, the cDNAs obtained are cut with enzymes which very often hydrolyze DNA. Oligonucleotide adapters of known sequence are then ligated to the resulting DNA ends. In the aforementioned PCR step, the sequences introduced via the oligonucleotide adapters are then used. Currently use e.g. B. the following methods use this technique: DEPD (digital expression pattern display, [German Patent No. 198 064 31]), READS (Restriction enzyme analysis of differentially expressed genes) [Prashar and Weissman in: Methods in Enzymology, 303 (1999) 258; Gene Calling (Shimkets et al., In: Nature Biotechnology, 17 (1999) 798]; TOGA (Total gene expression analysis, [Sutcliffe et al., In: Proceedings of the National Academie of Sciences USA, 9Z (2000) 1976 to 1981; U.S. Patents 6,096,503 and 5,459,037]).
Die Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngiger cDNA weist beim Einsatz der SAGE-Technik den Vorteil auf, dass die Ligation der cDNAs effizienter durchgeführt werden könnte. Wenn bei der Synthese der cDNA-Erststränge polymeraseresistente verankerte Oligo dT-Oligonukleotide benutzt, werden, ergibt sich als weiterer Vorteil, dass bevorzugt die 3 '-Regionen innerhalb der cDNA-Population gewonnen werden können. Hierdurch verringert sich der Sequenzierungsaufwand und die bioinformatische Analyse erheblich. Die Methode ist dadurch ohne Informationsverlust kostengünstiger durchzuführen.The use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded cDNA has the advantage when using the SAGE technique that the ligation of the cDNAs could be carried out more efficiently. If polymerase-resistant anchored oligo dT oligonucleotides are used in the synthesis of the first cDNA strands, there is a further advantage that the 3 ' regions within the cDNA population can preferably be obtained. This significantly reduces the sequencing effort and bioinformatics analysis. As a result, the method can be carried out more cost-effectively without loss of information.
Eine Kombination der SAGE-Technik mit anderen Methoden, wie z.B. DEPD, wird durch die Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden möglich. Dazu brauchen nur die für die Ligation verwendeten Oligonukleotidadapter durch solche mit polymeraseresistenten Oligonukleotiden ersetzt werden (Ansprüche 37 und 38). In den darauf folgenden PCR-Schritten würden dann cDNA-Abschnitte amplifiziert, die 5'- überstehende Enden besitzen. Bei entsprechender Wahl deren Nukleotid- zusammensetzung können diese ligiert und anschließend sequenziert werden. Methode zur selektiven Reinigung von DNAA combination of the SAGE technique with other methods, such as DEPD, is possible through the use of polymerase-resistant oligonucleotides. For this purpose, only the oligonucleotide adapters used for the ligation need to be replaced by those with polymerase-resistant oligonucleotides (claims 37 and 38). In the subsequent PCR steps, cDNA sections that have 5 'protruding ends would then be amplified. If the nucleotide composition is selected accordingly, these can be ligated and then sequenced. Method for the selective purification of DNA
Etablierte Methoden zur Isolierung von DNA und RNA sind aus dem Stand der Technik bekannt und bedienen sich hauptsächlich zweier Methoden, wobei die Bindung von DNA oder RNA an lonenaustauscherharze bzw. an Silikagelmatrices ausgenutzt wird. Entsprechende Reinigungssysteme sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt und kommerziell erhältlich. Die Auftrennung von DNA und RNA kann mit diesen Methoden effizient durchgeführt werden. Keine dieser Methoden ist ermöglicht es jedoch, eine spezifische Nukleinsäurespezies aus einem gleichartigen Nukleinsäuregemisch zu separieren.Established methods for isolating DNA and RNA are known from the prior art and mainly use two methods, whereby the binding of DNA or RNA to ion exchange resins or to silica gel matrices is used. Corresponding cleaning systems are also known from the prior art and are commercially available. DNA and RNA can be separated efficiently using these methods. However, none of these methods makes it possible to separate a specific nucleic acid species from a similar nucleic acid mixture.
Ein Beispiel für eine selektive Isolierung einer Nukleinsäurespezies stellt die Isolierung von mRNA dar. Bei dieser Methode wird der Sachverhalt ausgenutzt, dass mRNAs eine Poly(A)-Sequenz am 3'-Ende besitzen. Unter Verwendung von Oligo(dT) beschichteten Matrices lassen sich daher die mRNAs über ihre damit hybridisierende Poly(A)-Sequenz isolieren.An example of a selective isolation of a nucleic acid species is the isolation of mRNA. This method makes use of the fact that mRNAs have a poly (A) sequence at the 3 ' end. Using oligo (dT) coated matrices, the mRNAs can therefore be isolated via their poly (A) sequence hybridizing with them.
Lineare DNA-Moleküle besitzen keine überstehenden Enden mit ausreichender Größe, um über eine vergleichbare Affinitätschromatographie isoliert werden zu können. Bei Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden bei der Erzeugung von doppelsträngiger DNA kann man die Größe und Sequenz des 5 '-Überhanges beliebig gestalten. Dadurch kann man überstehende Enden mit ausreichender Größe, welche für eine Affinitätschromatographie geeignet sind, erzeugenLinear DNA molecules have no protruding ends of sufficient size to be isolated using a comparable affinity chromatography. When using polymerase-resistant oligonucleotides in the production of double-stranded DNA, the size and sequence of the 5 ' overhang can be designed as desired. This allows protruding ends of sufficient size to be produced which are suitable for affinity chromatography
Erläuterung der Figuren:Explanation of the figures:
Fig. 1 gibt schematisch die Herstellung eines doppelsträngigen DNA- Moleküls mit zwei 5 '-überstehenden Enden wieder, welche kompatibel zu EcoRI bzw. zu Xbal geschnittener DNA sind. Diese Überhänge wurden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren über polymeraseresistente Oligonukleotide bei einer Polymerase-Kettenreaktion eingebracht. Für die Entstehung der Überhänge sind die polymeraseresistenzverleihenden Nukleotide innerhalb der Oligonukleotide verantwortlich. Das PCR-Produkt wurde anschließend in ein Plasmid eingebaut, dessen kompatible Enden durch Restriktionsendonukleasen erzeugt worden waren. Die PCR erfolgt mit polymeraseresistenten Oligonukleotiden, die durch Pfeile angedeutet sind. Die Polymeraseresistenz-verleihenden Nukeotidanaloga der Oligonukleotide sind durch Kleinbuchstaben markiert. Bei der PCR entsteht ein DNA-Molekül mit zwei 5'-über-stehenden Enden, von denen das linke kompatibel zu EcoRI geschnittener DNA ist und das rechte zu Xbal geschnittener DNA. Dieses PCR-ProduM kann ohne weitere Modifikation durch Restriktionsenzyme gerichtet Moniert werden.Fig. 1 shows schematically the production of a double-stranded DNA molecule with two 5 ' projecting ends, which are compatible with EcoRI or Xbal cut DNA. These overhangs were introduced according to the method according to the invention via polymerase-resistant oligonucleotides in a polymerase chain reaction. The nucleotides that confer polymerase resistance within the oligonucleotides are responsible for the formation of the overhangs. The PCR product was then inserted into a plasmid, the compatible ends of which had been generated by restriction endonucleases. The PCR is carried out using polymerase-resistant oligonucleotides, which are indicated by arrows. The polymerase resistance-conferring nukeotide analogs of the oligonucleotides are marked with lowercase letters. The PCR produces a DNA molecule with two 5 ' protruding ends, the left of which is compatible with EcoRI cut DNA and the right one with Xbal cut DNA. This PCR-ProduM can be cloned by restriction enzymes without further modification.
Alternativ könnte das Plasmidfragment mit entsprechenden polymeraseresistenten Oligonukleotiden erzeugt werden, müsste aber in diesem Falle vor der Ligation phosphoryliert werden.Alternatively, the plasmid fragment could be generated with appropriate polymerase-resistant oligonucleotides, but in this case would have to be phosphorylated before the ligation.
Eine Phosphorylierung wäre nicht nötig, wenn die beiden zu fusionierenden DNA-Fragmente nicht, wie in Abbildung 1 gezeigt, nur über einen Bereich von vier Nukleotiden miteinander hybridisieren, sondern über einen größeren Bereich von beispielsweise 12 Nukleotiden.Phosphorylation would not be necessary if the two DNA fragments to be fused did not hybridize with one another only over a range of four nucleotides, as shown in FIG. 1, but rather over a larger range of, for example, 12 nucleotides.
BeispieleExamples
Vorbemerkungen:Preliminary remarks:
Alle verwendeten und im folgenden aufgeführten Oligonukleotide wurden von der Firma MWG-Biotech AG (Ebersberg, Deutschland) sowie QIAGEN Operon Köln bezogen. Die lyophilisierten Oligonukleotide werden in entionisiertem Wasser gelöst. Im Falle von Oligonukleotiden mit natürlichen Ribonukleotidbausteinen werden zuvor die an den Ribonukleotidbausteinen befindlichen Schutzgruppen nach Herstellerangaben abgespalten.All the oligonucleotides used and listed below were obtained from MWG-Biotech AG (Ebersberg, Germany) and QIAGEN Operon Cologne. The lyophilized oligonucleotides are dissolved in deionized water. In the case of oligonucleotides with natural ribonucleotide building blocks, the protective groups on the ribonucleotide building blocks are split off beforehand according to the manufacturer's instructions.
Verwendete OligonukleotideOligonucleotides used
1 A: 5 -AATtCGAATTCGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3' (SEQ ID NO:1) 1 B: 5'-CTAaATTCTAGACTAGCACTCTGTCTCTTTGCT-'3 (SEQ ID NO:2)1 A: 5 -AATtCGAATTCGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3 ' (SEQ ID NO: 1) 1 B: 5 ' -CTAaATTCTAGACTAGCACTCTGTCTCTTTGCT- ' 3 (SEQ ID NO: 2)
Die Oligonukleotide sind Desoxy-Oligonukleotide, bei denen jeweils das unterstrichene und kleingedruckte Nukleotid in Position 4 ein an der 5'- Position der Desoxyribose Phosphorothioatmodifizierter DNA-Baustein ist.The oligonucleotides are deoxy-oligonucleotides, in each of which the underlined and small print nucleotide in position 4 is a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
2A: 5 -AATuCGAATTCGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3 (SEQ ID NO:3) Bei diesem Oligonukleotid handelt es sich um ein DNA/RNA-Hybrid. Das unterstrichene und kleingedruckte Nukleotid in Position 4 ist ein RNA- Baustein, welcher zusätzlich an der 5 -Position der Ribose Phosphorothioatmodifiziert ist.2A: 5 -AATuCGAATTCGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3 (SEQ ID NO: 3) This oligonucleotide is a DNA / RNA hybrid. The underlined and small print nucleotide in position 4 is an RNA building block which is additionally modified at the 5 position of the ribose phosphorothioate.
3B: 5'-CTAaATTCTAGACTAGCACTCTGTCTCTTTGCT-3' (SEQ ID NO:4)3B: 5 ' -CTAaATTCTAGACTAGCACTCTGTCTCTTTGCT-3 ' (SEQ ID NO: 4)
Bei diesem Oligonukleotid handelt es sich um ein DNA/RNA-Hybrid. Nur das unterstrichene und kleingedruckte Nukleotid in Position 4 ist ein RNA- Baustein, welcher zusätzlich an der 2 '-Position der Ribose 2-O-Methyl- modifiziert ist.This oligonucleotide is a DNA / RNA hybrid. Only the underlined and small print nucleotide in position 4 is an RNA building block which is additionally modified at the 2 ' position of the ribose 2-O-methyl.
4A: 5-AATuCGGTATTAAGATATGCAGTGTACAT-3' (SEQ ID NO:5) 4B: 5-TCGaGTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3' (SEQ ID NO:6)4A: 5-AATuCGGTATTAAGATATGCAGTGTACAT-3 ' (SEQ ID NO: 5) 4B: 5-TCGaGTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3 ' (SEQ ID NO: 6)
Die Oligonukleotide sind hybride DNA/RNA-Oligonukleotide, bei denen jeweils das unterstrichene und kleingedruckte Nukleotid in Position 4 einen Ribonukleotid-Baustein darstellt.The oligonucleotides are hybrid DNA / RNA oligonucleotides, in each of which the underlined and small print nucleotide in position 4 represents a ribonucleotide building block.
5A: 5 -CATATGGCCATGGGTATTAAG ATATGCAGTGTAC AT-3 ' (SEQ ID NO:7) 5B: 5 -CflTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3' (SEQ ID NO:8)5A: 5 -CATATGGCCATGGGTATTAAG ATATGCAGTGTAC AT-3 ' (SEQ ID NO: 7) 5B: 5 -CATTCAACGTCTCATATGTCCCATCTG-3 ' (SEQ ID NO: 8)
Oligonukleotid 5A (SEQ ID NO:7) ist ein unmodifiziertes Desoxy- Oligonukleotid.Oligonucleotide 5A (SEQ ID NO: 7) is an unmodified deoxy oligonucleotide.
Oligonukleotid 5B (SEQ ID NO:8) verkörpert einen Desoxy-Oligonukleotid, bei dem das unterstrichene und kleingedrucMe Nukleotid in Position 2 ein an der 5 '-Position der Desoxyribose Phosphorothioatmodifizierter DNA-Baustein ist.Oligonucleotide 5B (SEQ ID NO: 8) embodies a deoxy oligonucleotide in which the underlined and small-sized nucleotide in position 2 is a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
6A: 5 -UGAGATGCTGAGCAGCATGGA-3' (SEQ ID NO:9) 6B: 5 -ACTAGAAGGCACAGTCGAG-3' (SEQ ID NO: 10)6A: 5 -UGAGATGCTGAGCAGCATGGA-3 ' (SEQ ID NO: 9) 6B: 5 -ACTAGAAGGCACAGTCGAG-3 ' (SEQ ID NO: 10)
Bei Oligonukleotid 6A (SEQ ID NO:9) handelt es sich um ein DNA/RNA- Hybrid, bei dem das Nukleotid am 5 '-Ende ein Uracil-Ribonukleotid darstellt. Oligonukleotid 6B (SEQ ID NO: 10) ist ein unmodifiziertes Desoxy- Oligonukleotid.Oligonucleotide 6A (SEQ ID NO: 9) is a DNA / RNA hybrid in which the nucleotide at the 5 ' end represents an uracil ribonucleotide. Oligonucleotide 6B (SEQ ID NO: 10) is an unmodified deoxy oligonucleotide.
7 A: 5 -AGG ATCCTGTGaGCGGCCGCTAAATTCAATTCGCCC-3 ' (SEQ ID NO:11)7 A: 5 -AGG ATCCTGTGaGCGGCCGCTAAATTCAATTCGCCC-3 ' (SEQ ID NO: 11)
7B: 5 -CATGGTGTGTGcG AATTCGTTTAAACCTGCAGG ACTAGTCCCTT-7B: 5 -CATGGTGTGTGcG AATTCGTTTAAACCTGCAGG ACTAGTCCCTT-
3' (SEQ ID NO: 12) 7C: 5 -GCACACACCATgGTGGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3' 3 ' (SEQ ID NO: 12) 7C: 5 -GCACACACCATgGTGGATAAGAAACTGGACAAGCAG-3 '
(SEQ ID NO: 13) 7D: 5 -TCACAGGATCCuTAGCACTCTGTCTCTTTGCTGTC-3' (SEQ ID NO: 13) 7D: 5 -TCACAGGATCCuTAGCACTCTGTCTCTTTGCTGTC-3 '
(SEQ ID NO: 14)(SEQ ID NO: 14)
Bei den Oligonukleotiden 7A (SEQ ID NO:11)-7D (SEQ ID NO:14) handelt es sich um DNA/RNA-Hybride, bei denen jeweils das Nukleotid an Position 12 ein RNA-Baustein ist.The oligonucleotides 7A (SEQ ID NO: 11) -7D (SEQ ID NO: 14) are DNA / RNA hybrids, in each of which the nucleotide at position 12 is an RNA building block.
8A:5'-GGCcGCTCGAGTTAGCGTCTCATGTGTCCCATTTG-3' (SEQ ID NO:15)8A: 5 ' -GGCcGCTCGAGTTAGCGTCTCATGTGTCCCATTTG-3 ' (SEQ ID NO: 15)
8B: 5 -GCAGAATCATGATGACTAC-3' (SEQ ID NO:16) 8C: 5 -AGCATCTACTAATCTGCAC-3' (SEQ ID NO:17)8B: 5 -GCAGAATCATGATGACTAC-3 ' (SEQ ID NO: 16) 8C: 5 -AGCATCTACTAATCTGCAC-3 ' (SEQ ID NO: 17)
Bei dem Oligonukleotid 8A (SEQ ID NO: 15) handelt es sich um ein DNA/RNA-Hybrid, bei dem das Nukleotid an Position 4 ein RNA-Baustein ist. Die Oligonukleotide 8B (SEQ ID NO:16) und 8C (SEQ ID NO:17) verkörpern unmodifizierte Desoxy-Oligonukleotide.Oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) is a DNA / RNA hybrid in which the nucleotide at position 4 is an RNA building block. Oligonucleotides 8B (SEQ ID NO: 16) and 8C (SEQ ID NO: 17) embody unmodified deoxy oligonucleotides.
Verwendete DNA-Polymerasen:DNA polymerases used:
Pfu-DNA-Polymerase (Promega, Mannheim) Pfu-Turbo-DNA-Polymerase (Stratagene, La Jolla, USA) QBio-Taq-DNA-Polymerase (Q-Biogen, Heidelberg) Taq-DNA-Polymerase (Promega, Mannheim)Pfu-DNA polymerase (Promega, Mannheim) Pfu-Turbo-DNA polymerase (Stratagene, La Jolla, USA) QBio-Taq-DNA polymerase (Q-Biogen, Heidelberg) Taq-DNA polymerase (Promega, Mannheim)
Vent-Polymerase (New England Biolabs, FranWurt/Höchst)Vent polymerase (New England Biolabs, FranWurt / Höchst)
T4-DNA-Polymerase (Promega, Mannheim)T4 DNA polymerase (Promega, Mannheim)
Superscript Il-Reverse-Transkriptase (Life Technologies, Karlsruhe) Verwendete Plasmide:Superscript Il-Reverse Transcriptase (Life Technologies, Karlsruhe) Plasmids used:
pUC19 (New England Biolabs, FranMurt/Höchst) pCR4 (Invitrogen, Groningen, Niederlande) pGEXmod (EigenkonstruM, basierend auf pGEX-2T (Amersham Pharmacia Biotech, Freiburg) bei dem die Klonierungsstellen im Polylinker modifiziert wurden.)pUC19 (New England Biolabs, FranMurt / Höchst) pCR4 (Invitrogen, Groningen, The Netherlands) pGEXmod (EigenstrustruM, based on pGEX-2T (Amersham Pharmacia Biotech, Freiburg) in which the cloning sites in the polylinker were modified.)
Verwendete DNA-Reinigungsmethoden:DNA purification methods used:
Extraktionen von DNA aus Agarosegelen wurden mit einem handelsüblichen Gel-Exktraktions-Kit - wie z.B. dem QIAquick Gel Extraction Kit der Fa. Qiagen GmbH, Hilden, DE - nach den Herstellerangaben durchgeführt.Extractions of DNA from agarose gels were carried out using a commercially available gel extraction kit - such as e.g. the QIAquick Gel Extraction Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE - according to the manufacturer's instructions.
Die Isolierung von DNA aus PCR-Reaktionsansätzen oder anderen enzymatischen ReaMionsansätzen erfolgte ebenfalls mit einem handelüblichen Aufreinigungskit für PCR ReaMionsansätze - wie z.B. dem QIAquick PCR Purification Kit der Fa. Qiagen GmbH, Hilden, DE) - gemäß Herstellerangaben.The isolation of DNA from PCR reaction batches or other enzymatic reaction batches was also carried out using a commercially available purification kit for PCR reaction batches - such as e.g. the QIAquick PCR Purification Kit from Qiagen GmbH, Hilden, DE) - according to the manufacturer's instructions.
Beispiel 1example 1
Erzeugung eines doppelsträngigen DNA-Moleküls mit 5 '-überstehenden Enden durch die Polvmerase-Kettenreaktion unter Verwendung von Phosphorothioat-modifizierten polymeraseresistenten Desoxy- Oligonu leotiden und dessen gerichteter Einbau in einen KlonierunqsvektorGeneration of a double-stranded DNA molecule with 5 ' protruding ends by the polymerase chain reaction using phosphorothioate-modified polymerase-resistant deoxy-oligonucleotides and its directional incorporation into a cloning vector
Mit den Oligonukleotiden 1A (SEQ ID NO:1) und 1 B (SEQ ID NO:2) wurde die für den carboxyterminalen Bereich von murinem TACE codierenden DNA-Sequenz mittels der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) amplifiziert. Beide Oligonukleotide (1A (SEQ ID NO:1) und 1 B (SEQ ID NO:2)) verkörpern Desoxy-Oligonukleotide, die jeweils einen an der 5'-Position der Desoxyribose Phosphorothioatmodifizierten DNA-Baustein enthalten.The oligonucleotides 1A (SEQ ID NO: 1) and 1 B (SEQ ID NO: 2) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE by means of the polymerase chain reaction (PCR). Both oligonucleotides (1A (SEQ ID NO: 1) and 1 B (SEQ ID NO: 2)) embody deoxy oligonucleotides, each of which contains a DNA building block modified at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate.
Als Matrizen-DNA diente bei der PCR die cDNA von TACE der Maus (GenBank/EMBL-Datenbank, Zugangsnummer: AB021709). Für die Amplifizierung des TACE-cDNA-Abschnittes wurde die fehlerlesende und fehlerkorrigierende Pfu-DNA-Polymerase verwendet. Dieses Enzym erzeugt bei der PCR normalerweise glatte DNA-Enden.The cDNA from TACE of the mouse (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709) was used as the template DNA in the PCR. The error-reading and error-correcting Pfu-DNA polymerase was used for the amplification of the TACE cDNA section. This enzyme usually produces smooth DNA ends during PCR.
Zur Abtrennung der Matrizen-DNA wurde der PCR-Ansatz auf einTo separate the template DNA, the PCR approach was carried out on a
Agarosegel aufgetragen und eleMrophoretisch aufgetrennt. Anschließend wurde das 410 Basenpaare große PCR-Produkt aus dem Agarosegel isoliert. Die Gewinnung der DNA aus dem Gel erfolgte mit dem QIAquick Gel Extraction Kit.Applied agarose gel and separated electrophoretically. The 410 base pair PCR product was then isolated from the agarose gel. The DNA was extracted from the gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
Das isolierte PCR-Produkt wurde anschließend mit einem pUC19- Plasmidfragment durch eine DNA-Ligase ligiert. Das in der Ligation verwendete pUC19-Plasmidfragment wurde dazu folgendermaßen gewonnen: das Plasmid pUC19 wurde zunächst mit den RestriMionsendonukleasen EcoRI und Xbal geschnitten, anschließend erfolgte die Isolierung des Plasmidfragmentes aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit.The isolated PCR product was then ligated to a pUC19 plasmid fragment by a DNA ligase. The pUC19 plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pUC19 was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xbal, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
Nach Transformation von E. coli DH5α mit dem Ligationsansatz wurden die erhaltenen Transformanden mittels PCR auf das Vorhandensein der rekombinanten Plasmide hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Mehrzahl der untersuchten Transformanden das rekombinante Plasmid (pUC19 mit integriertem PCR-Produkt) besaßen.After transformation of E. coli DH5α with the ligation mixture, the transformants obtained were examined by means of PCR for the presence of the recombinant plasmids. It was found that the majority of the transformants examined had the recombinant plasmid (pUC19 with integrated PCR product).
Eine Verknüpfung von DNA-Enden durch eine DNA-Ligase ist nur dann möglich, wenn die zu verknüpfenden DNA-Enden zueinander kompatibel sind. Dies ist bei zwei glatten DNA-Enden immer der Fall, bei überstehenden DNA-Enden ist dies jedoch nur möglich, wenn die zu verknüpfenden DNA- Enden miteinander Basenpaarungen eingehen können.DNA ends can only be linked by a DNA ligase if the DNA ends to be linked are compatible with one another. This is always the case with two smooth DNA ends, but with protruding DNA ends this is only possible if the DNA ends to be linked can base pair with each other.
Die erfolgreiche Rekombination des EcoRI/Xbal-geschnittenen pUC19- Plasmidfragments mit dem PCR-ProduM konnte somit nur erfolgen, wenn dieses die benötigten kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da das PCR-ProduM keiner Behandlung durch Restriktionsendonukleasen unterzogen worden war, müssen diese Überhänge bei der Polymerase-KettenreaMion mit den Oligonukleotiden 1A (SEQ ID NO:1) und 1B (SEQ ID NO:2) entstanden sein.The successful recombination of the EcoRI / Xbal-cut pUC19 plasmid fragment with the PCR-ProduM could therefore only take place if it had the required compatible DNA ends. Since the PCR-ProduM had not been subjected to any treatment by restriction endonucleases, these overhangs must have arisen in the polymerase chain reaction with the oligonucleotides 1A (SEQ ID NO: 1) and 1B (SEQ ID NO: 2).
Da die verwendete hitzestabile DNA-Polymerase bei der Verwendung von unmodifizierten Desoxy-Oligonukleotiden glatte Enden erzeugen würde, muss die Entstehung der jeweils vier Nukleotide umfassenden 5'-Überhänge direkt durch die Oligonukleotide 1A (SEQ ID NO:1) und 1B (SEQ ID NO:2) bedingt sein. Bei beiden Oligonukleotiden handelt es sich um Desoxyoligonukleotide, die jeweils einen Phosphorothioatmodifizierten DNA- Baustein an Nukleotidposition vier enthalten.Since the heat-stable DNA polymerase used would produce smooth ends when using unmodified deoxy-oligonucleotides, the formation of the 5 ' overhangs, each comprising four nucleotides, must occur directly due to oligonucleotides 1A (SEQ ID NO: 1) and 1B (SEQ ID NO: 2). The two oligonucleotides are deoxyoligonucleotides, each of which contains a phosphorothioate-modified DNA building block at nucleotide position four.
Ein PCR-Produkt mit 5 '-überstehenden Enden, die zu EcoRI und Xbal geschnittener DNA kompatibel sind, müssen auf der einen Seite den zu EcoRI kompatiblen 5 '-Überhang AATT und auf der anderen Seite den Xbal kompatiblen 5 '-Überhang CTAG besitzen.A PCR product with 5 ' protruding ends that are compatible with EcoRI and Xbal cut DNA must have on one side the 5 ' overhang AATT compatible with EcoRI and on the other side the Xbal compatible 5 ' overhang CTAG.
Durch das Oligonukleotid 1A (SEQ ID NO:1) wurde am PCR-Produkt der EcoRI-kompatible 5'-Überhang folgender Zusammensetzung erzeugt: 5'- AATt. Bei dem unterstrichenen und kleingedrucMen Nukleotid handelt es sich um ein Phosphorothioatmodifiziertes Thymin-Desoxyribonukleotid, welches für die Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Der zweite 5'- Überhang des PCR-Produkts hat folgende Zusammensetzung: 5 -CTAg. Bei dem unterstrichenen und kleingedruckten Nukleotid handelt es sich um ein an der 5 '-Position der Phosphorothioatmodifiziertes Guanin-Desoxyribo Desoxyribose-Nukleotid, welches für die Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Dieser Überhang wurde durch das Oligonukleotid 1 B (SEQ ID NO:2) erzeugt und ist kompatibel zu DNA-Enden, die durch Behandlung mit der Restriktionsendonuklease Xbal erzeugt worden sind.Oligonucleotide 1A (SEQ ID NO: 1) produced the EcoRI-compatible 5 ' overhang of the following composition on the PCR product: 5'-AATt. The underlined and small-pressed nucleotide is a phosphorothioate-modified thymine deoxyribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang. The second 5 ' overhang of the PCR product has the following composition: 5 -CTAg. The underlined and small print nucleotide is a guanine deoxyribo deoxyribose nucleotide modified at the 5 ' position of the phosphorothioate, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang was generated by the oligonucleotide 1 B (SEQ ID NO: 2) and is compatible with DNA ends which have been generated by treatment with the restriction endonuclease Xbal.
Das PCR-ProduM besitzt somit zwei unterschiedliche überstehende 5'- Enden. Jeder der Überhänge beginnt mit dem Phosphorothioatmodifizierten Desoxyribonukleotidbaustein der in das PCR-Produkt eingebauten Oligonukleotide 1A (SEQ ID NO:1) und 1 B (SEQ ID NO:2) und erstreckt sich jeweils bis zu deren 5 '-Ende.The PCR-ProduM thus has two different protruding 5 ' ends. Each of the overhangs begins with the phosphorothioate-modified deoxyribonucleotide building block of the oligonucleotides 1A (SEQ ID NO: 1) and 1 B (SEQ ID NO: 2) built into the PCR product and extends to their 5 ' ends.
Ein solches PCR-Produkt kann daher gerichtet in ein Plasmid, welches zuvor mit EcoRI und Xbal behandelt worden ist, eingebaut werden.Such a PCR product can therefore be built into a plasmid which has previously been treated with EcoRI and Xbal.
Eine DNA-Sequenzierung an einem nach dem Zufallsprinzip ausgewählten rekombinanten Plasmid zeigte, dass das PCR-Produkt fehlerfrei zwischen EcoRI und Xbal in pUC19 integriert war. Dies ist ein eindeutiger Beleg dafür, dass die DNA-Reparaturmechanismen der verwendeten E. coli-Bakterien in der Lage waren, die in den ligierten rekombinanten Plasmiden vorhandenen Phosphorothioatmodifizierten Desoxybonukleotide gegen natürliche DNA- Bausteine auszutauschen. Fazit:DNA sequencing on a randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR product was integrated correctly between EcoRI and Xbal in pUC19. This is clear evidence that the DNA repair mechanisms of the E. coli bacteria used were able to exchange the phosphorothioate-modified deoxybonucleotides present in the ligated recombinant plasmids for natural DNA building blocks. Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit überhängenden 5'-Enden ist möglich, wenn man eine Polymerase-KettenreaMion mit polymeraseresistenten Desoxy-Oligonukleotiden durchführt, bei denen jeweils ein Nukleotid Phosphorothioatmodifizierung an der 5 '-Position der Desoxyribose enthält. Die Größe des 5'-Überhanges wird alleine durch die Lage der Phosphorothioatmodifizierung innerhalb des Oligonukleotids bestimmt. Der Überhang beginnt mit dem Phosphorothioatmodifizierten Nukleotid und erstreckt sich bis zum 5 '-Ende des im PCR-ProduM eingebauten Oligonukleotids.The generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if a polymerase chain reaction is carried out with polymerase-resistant deoxy-oligonucleotides, in each of which one nucleotide contains phosphorothioate modification at the 5 ' position of the deoxyribose. The size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the phosphorothioate modification within the oligonucleotide. The overhang begins with the phosphorothioate-modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR-ProduM.
Mit dieser neuartigen Methode können überstehende 5 '-DNA-Enden beliebiger Zusammensetzung und Größe erzeugt werden. Diese können so gestaltet werden, dass sie zu DNA-Enden kompatibel sind, die durchWith this novel method, protruding 5 ' DNA ends of any composition and size can be created. These can be designed to be compatible with DNA ends through
RestriMionsendonukleasen erzeugt wurden. Weiterhin kann man mit dieser Methode überstehende 5 '-DNA-Enden erzeugen, die bisher durch keine RestriMionsendonuklease erzeugbar sind. Hierdurch ergeben sich völlig neue DNA-Rekombinationsmöglichkeiten.Restriction endonucleases were generated. It is also possible to use this method to produce protruding 5 ' DNA ends which have hitherto not been able to be produced by any restriction endonuclease. This opens up completely new possibilities for recombinant DNA.
Beispiel 2Example 2
Erzeugung eines doppelsträngigen DNA-Moleküls mit 5 '-überstehenden Enden durch die Polymerase-KettenreaMion unter Verwendung einesGeneration of a double-stranded DNA molecule with 5 ' protruding ends by the polymerase chain reaction using a
Phosphorothioatmodifizierten polymeraseresistenten Desoxyoligonukleotids und eines Phosphorothioatmodifizierten polymeraseresistenten hybriden RNA/DNA-Oligonukleotids und dessen gerichteter Einbau in einen KlonierungsvektorPhosphorothioate-modified polymerase-resistant deoxyoligonucleotide and a phosphorothioate-modified polymerase-resistant hybrid RNA / DNA oligonucleotide and their directional incorporation into a cloning vector
Mit den Oligonukleotiden 2A (SEQ ID NO:3) und 1 B (SEQ ID NO:2) wurde die für den carboxyterminalen Bereich von murinem TACE codierenden DNA-Sequenz mittels der Polymerase-KettenreaMion amplifiziert. Bei dem Oligonukleotid 2A (SEQ ID NO:3) handelt es sich um ein DNA/RNA-Hybrid, bei dem nur das Nukleotid in Position vier ein RNA-Baustein ist, der zusätzlich an der 5 '-Position der Ribose Phosphorothioatmodifiziert ist. Bei Oligonukleotid 1B (SEQ ID NO:2) handelt es sich um ein Desoxy- Oligonukleotid, welches einen Phosphorothioatmodifizierten DNA-Baustein enthält. Als Matrizen-DNA diente die cDNA von TACE der Maus (GenBank/EMBL- Datenbank, Zugangsnummer: AB021709).The oligonucleotides 2A (SEQ ID NO: 3) and 1 B (SEQ ID NO: 2) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE using the polymerase chain reaction. The oligonucleotide 2A (SEQ ID NO: 3) is a DNA / RNA hybrid in which only the nucleotide in position four is an RNA building block which is additionally modified at the 5 ' position of the ribose phosphorothioate. Oligonucleotide 1B (SEQ ID NO: 2) is a deoxy oligonucleotide which contains a phosphorothioate-modified DNA building block. The cDNA from TACE of the mouse was used as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709).
Das mit der Pfu-Turbo-DNA-Polymerase erhaltene, 410 Basenpaare große PCR-ProduM wurde mit dem QIAquick PCR-Purification Kit (Qiagen, Deutschland) nach Angaben des Herstellers isoliert.The 410-base pair PCR-ProduM obtained with the Pfu-Turbo DNA polymerase was isolated with the QIAquick PCR-Purification Kit (Qiagen, Germany) according to the manufacturer's instructions.
Das so isolierte PCR-Produkt wurde mit einem mit EcoRI und Xbal geschnittenen pGEXmod-Plasmidfragment ligiert. Das in der Ligation verwendete pGEXmodPlasmidfragment wurde dazu folgendermaßen gewonnen: das Plasmid pGEXmod wurde zunächst mit den RestriMionsendonukleasen EcoRI und Xbal geschnitten, anschließend erfolgte die Isolierung des Plasmidfragmentes aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit.The PCR product isolated in this way was ligated with a pGEXmod plasmid fragment cut with EcoRI and Xbal. The pGEXmod plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pGEXmod was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xbal, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
Nach Transformation von E. coli DH5α wurden die erhaltenen Transformanden mittels PCR auf das Vorhandensein des rekombinanten Plasmids hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass alle untersuchten Transformanden das rekombinante Plasmid besaßen.After transformation of E. coli DH5α, the transformants obtained were analyzed by PCR for the presence of the recombinant plasmid. It was found that all of the transformants examined had the recombinant plasmid.
Eine DNA-Sequenzierung an einem zufällig ausgewählten rekombinanten Plasmid zeigte, dass das PCR-Produkt fehlerfrei zwischen EcoRI und Xbal in pGEXmod integriert war und dass der Ribonukleotidbaustein Uracil gegen den DNA-Baustein Thymin ersetzt worden war. Dies zeigt, dass die DNA- Reparaturmechanismen der verwendeten BaMerien in der Lage waren, die in den ligierten rekombinanten Plasmiden vorhandenen Phosphorothioatmodifizierten Nukleotide (ein Ribonukleotid und ein Desoxyribonukleotid) gegen natürliche DNA-Bausteine auszutauschen.DNA sequencing on a randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR product was integrated without error between EcoRI and Xbal in pGEXmod and that the ribonucleotide component uracil had been replaced by the DNA component thymine. This shows that the DNA repair mechanisms of the BaMeries used were able to exchange the phosphorothioate-modified nucleotides (a ribonucleotide and a deoxyribonucleotide) present in the ligated recombinant plasmids for natural DNA building blocks.
Die erfolgreiche Rekombination von EcoRI/Xbal-geschnittenem pGEXmodPlasmidfragment mit dem PCR-Produkt ist nur möglich, wenn das PCR- ProduM die dazu notwendigen kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da das PCR-Produkt keiner Behandlung durch Restriktionsendonukleasen unterzogen worden war, müssen diese Überhänge bei der Polymerase- KettenreaMion mit den Oligonukleotiden 2A (SEQ ID NO:3) und 1B (SEQ ID NO:2) entstanden sein.The successful recombination of EcoRI / Xbal-cut pGEXmod plasmid fragment with the PCR product is only possible if the PCR-ProduM has the necessary compatible DNA ends. Since the PCR product had not been subjected to any treatment by restriction endonucleases, these overhangs must have arisen in the polymerase chain reaction with the oligonucleotides 2A (SEQ ID NO: 3) and 1B (SEQ ID NO: 2).
Durch das Oligonukleotid 2A (SEQ ID NO:3) entstand bei der PCR ein 5'- Überhang folgender Zusammensetzung: 5'-AATu. Bei dem unterstrichenen und kleingedruckten Nukleotid handelt es sich um ein Phosphorothioatmodifiziertes Uracil-Ribonukleotid, welches für die Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Dieser Überhang ist kompatibel zu DNA-Enden, die durch die Restriktionsendonuklease EcoRI erzeugt worden sind. Der zweite 5 '-Überhang des PCR-Produkts hat folgende Zusammensetzung: 5'-CTAg. Bei dem unterstrichenen und eingedrucMen Nukleotid handelt es sich um einOligonucleotide 2A (SEQ ID NO: 3) produced a 5 'overhang of the following composition during PCR: 5 ' AATu. The underlined and small print nucleotide is a Phosphorothioate-modified uracil ribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang is compatible with DNA ends generated by the restriction endonuclease EcoRI. The second 5 ' overhang of the PCR product has the following composition: 5 ' -CTAg. The underlined and imprinted nucleotide is a
Phosphorothioatmodifiziertes Guanin-Desoxyribonukleotid, welches für die Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Dieser Überhang wurde bei der PCR durch das Oligonukleotid 1 B (SEQ ID NO:2) erzeugt und ist kompatibel zu DNA-Enden, die durch die RestnMionsendonuklease Xbal erzeugt worden sind.Phosphorothioate-modified guanine deoxyribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang was generated in the PCR by the oligonucleotide 1 B (SEQ ID NO: 2) and is compatible with DNA ends which have been generated by the residual ion endonuclease Xbal.
Das PCR-Produkt besitzt somit zwei unterschiedliche Enden und konnte daher gerichtet in pGEXmod zwischen EcoRI und Xbal eingebaut werden.The PCR product thus has two different ends and could therefore be installed in pGEXmod between EcoRI and Xbal.
Fazit:Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit überhängenden 5 '-Enden ist möglich, wenn man eine Polymerase-KettenreaMion mit zwei unterschiedlichen Phosphorothioatmodifizierten polymeraseresistentenThe generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if a polymerase chain reaction with two different phosphorothioate-modified polymerase-resistant is possible
Oligonukleotiden durchführt. Es ist dabei ausreichend, wenn die verwendeten Oligonukleotide jeweils nur ein polymeraseresistenzverleihendes Nukleotid enthalten. Bei diesem kann es sich entweder um ein Phosphorothioatmodifiziertes Desoxyribonukleotid oder um ein Phosphorothioatmodifiziertes Ribonukleotid handeln.Performs oligonucleotides. It is sufficient if the oligonucleotides used each contain only one nucleotide conferring polymerase resistance. This can either be a phosphorothioate-modified deoxyribonucleotide or a phosphorothioate-modified ribonucleotide.
Die Größe des 5 '-Überhanges wird alleine durch Lage der Phosphorothioatmodifizierten Nukleotids bestimmt. Der Überhang beginnt mit dem Phosphorothioatmodifizierten Nukleotid und erstreckt sich bis zum 5'- Ende des im PCR-Produkt eingebauten Oligonukleotids.The size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the phosphorothioate-modified nucleotides. The overhang begins with the phosphorothioate-modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
Beispiel 3Example 3
Erzeugung eines doppelsträngigen DNA-Moleküls mit 5 '-überstehenden Enden durch die Polymerase-KettenreaMion unter Verwendung von unterschiedlich modifizierten polymeraseresistenten hybriden DNA/RNA- Oligonukleotiden und dessen Einbau in einen Klonierungsvektor Mit den Oligonukleotiden 2A (SEQ ID NO:3) und 3B (SEQ ID NO:4) wurde die für den carboxyterminalen Bereich von murinem TACE codierenden DNA-Sequenz mittels der Polymerase-KettenreaMion amplifiziert. Bei beiden Oligonukleotiden handelt es sich um DNA/RNA-Hybride, die jeweils einen RNA-Baustein an Position vier enthalten. Bei Oligonukleotid 2AGeneration of a double-stranded DNA molecule with 5 protruding ends by the polymerase chain reaction using differently modified polymerase-resistant hybrid DNA / RNA oligonucleotides and its incorporation into a cloning vector The oligonucleotides 2A (SEQ ID NO: 3) and 3B (SEQ ID NO: 4) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE using the polymerase chain reaction. Both oligonucleotides are DNA / RNA hybrids, each containing an RNA building block at position four. For oligonucleotide 2A
(SEQ ID NO:3) ist dieser RNA-Baustein zusätzlich an der 5'-Position der Ribose Phosphorothioatmodifiziert, bei Oligonukleotid 3B (SEQ ID NO:4) ist der RNA-Baustein hingegen an der 2 '-Position der Ribose 2-O-Methyl- modifiziert.(SEQ ID NO: 3) this RNA building block is additionally modified at the 5 ' position of the Ribose phosphorothioate, whereas with oligonucleotide 3B (SEQ ID NO: 4) the RNA building block is at the 2 ' position of the Ribose 2-O -Methyl- modified.
Als Matrizen-DNA diente hierbei die cDNA von TACE der Maus (GenBank/EMBL-Datenbank, Zugangsnummer: AB021709).The cDNA from TACE of the mouse was used as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: AB021709).
Das mit der Pfu-DNA-Polymerase erhaltene, 410 Basenpaare große PCR- ProduM wurde mit dem QIAquick PCR-Purification Kit gemäß den Angaben des Herstellers isoliert und mit dem unter Beispiel 2 beschriebenen mit EcoRI und Xbal geschnittenen pGEXmod-Plasmidfragment ligiert.The 410-base pair PCR-ProduM obtained with the Pfu-DNA polymerase was isolated with the QIAquick PCR-Purification Kit according to the manufacturer's instructions and ligated with the pGEXmod plasmid fragment cut with EcoRI and Xbal described in Example 2.
Nach Transformation von E. coli DH5α wurden die erhaltenen Transformanden mittels PCR auf das Vorhandensein des rekombinanten Plasmids hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass alle untersuchten Transformanden das rekombinante Plasmid besaßen.After transformation of E. coli DH5α, the transformants obtained were analyzed by PCR for the presence of the recombinant plasmid. It was found that all of the transformants examined had the recombinant plasmid.
Eine DNA-Sequenzierung an einem zufällig ausgewählten rekombinanten Plasmid zeigte, dass das PCR-ProduM fehlerfrei zwischen EcoRI und Xbal in pGEXmod integriert war.DNA sequencing on a randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR-ProduM was perfectly integrated between EcoRI and Xbal in pGEXmod.
Dies zeigt weiterhin, dass die DNA-Reparaturmechanismen der verwendeten Bakterien in der Lage waren, die in den ligierten rekombinanten Plasmiden vorhandenen modifizierten Ribonukleotide (eines trägt eineThis further shows that the DNA repair mechanisms of the bacteria used were able to modify the modified ribonucleotides present in the ligated recombinant plasmids (one carries a
Phosphorothioatmodifizierung, das andere eine 2-O-Methyl-Modifizierung) gegen natürliche DNA-Bausteine auszutauschen.Phosphorothioate modification, the other a 2-O-methyl modification) for natural DNA building blocks.
Die erfolgreiche Rekombination von EcoRI/Xbal-geschnittenem pGEXmod- Plasmidfragment mit dem PCR-Produkt ist nur möglich, wenn das PCR- Produkt die dazu notwendigen kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da das PCR-Produkt keiner Behandlung durch Restriktionsendonukleasen unterzogen worden war, müssen diese Überhänge bei der Polymerase- KettenreaMion mit den Oligonukleotiden 2A (SEQ ID NO:3) und 3B (SEQ ID NO:4) entstanden sein. Durch das Oligonukleotid 2A (SEQ ID NO:3) entstand bei der PCR ein 5'- Überhang folgender Zusammensetzung: 5'-AATu. Bei dem unterstrichenen und Meingedruckten Nukleotid handelt es sich um ein Phosphorothioatmodifiziertes Uracil-Ribonukleotid, welches für dieThe successful recombination of EcoRI / Xbal-cut pGEXmod plasmid fragment with the PCR product is only possible if the PCR product has the necessary compatible DNA ends. Since the PCR product had not been subjected to any treatment by restriction endonucleases, these overhangs must have arisen in the polymerase chain reaction with the oligonucleotides 2A (SEQ ID NO: 3) and 3B (SEQ ID NO: 4). Oligonucleotide 2A (SEQ ID NO: 3) resulted in a 5 ' overhang of the following composition during PCR: 5 ' AATu. The underlined and fine-printed nucleotide is a phosphorothioate-modified uracil ribonucleotide which is suitable for the
Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Dieser Überhang ist kompatibel zu DNA-Enden, die durch die Restriktionsendonuklease EcoRI erzeugt worden sind. Der zweite 5 -Überhang des PCR-ProduMs hat folgende Zusammensetzung: 5'-CTAg. Bei dem unterstrichenen und kleingedrucMen Nukleotid handelt es sich um ein 2-O-Methyl-modifiziertes Guanin-Ribonukleotid, welches für die Entstehung des Überhanges alleine verantwortlich ist. Dieser Überhang wurde durch das Oligonukleotid 3B (SEQ ID NO:4) bei der PCR erzeugt und ist kompatibel zu DNA-Enden, die durch die RestriMionsendonuklease Xbal erzeugt worden sind. Das PCR-ProduM besitzt somit zwei unterschiedliche Enden und konnte daher gerichtet in pGEXmod zwischen EcoRI und Xbal eingebaut werden.The formation of the overhang is solely responsible. This overhang is compatible with DNA ends generated by the restriction endonuclease EcoRI. The second 5-overhang of the PCR-ProduM has the following composition: 5 ' -CTAg. The underlined and small-pressed nucleotide is a 2-O-methyl-modified guanine ribonucleotide, which is solely responsible for the formation of the overhang. This overhang was generated by the oligonucleotide 3B (SEQ ID NO: 4) in the PCR and is compatible with DNA ends which were generated by the restriction endonuclease Xbal. The PCR-ProduM thus has two different ends and could therefore be installed in pGEXmod between EcoRI and Xbal.
Fazit:Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit überhängenden 5 '-Enden ist möglich, wenn man eine Polymerase-KettenreaMion mit zwei modifizierten hybriden DNA/RNA-Oligonukleotiden durchführt. Es ist dabei ausreichend, wenn die beiden Oligonukleotide jeweils nur einen modifizierten Ribonukleotidbaustein enthalten. Die Modifizierung des Ribonukleotidbausteins kann dabei eine Phosphorothioat- oder eine 2-0- Methyl-Modifizierung darstellen.The generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if a polymerase chain reaction is carried out with two modified hybrid DNA / RNA oligonucleotides. It is sufficient if the two oligonucleotides each contain only one modified ribonucleotide building block. The modification of the ribonucleotide building block can represent a phosphorothioate or a 2-0-methyl modification.
Die Größe des 5 '-Überhanges wird alleine durch die Lage des modifizierten Nukleotids bestimmt. Der Überhang beginnt mit dem modifizierten Nukleotid und erstreckt sich bis zum 5'-Ende des im PCR-Produkt eingebauten Oligonukleotids.The size of the 5 ' overhang is determined solely by the location of the modified nucleotide. The overhang begins with the modified nucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
Beispiel 4Example 4
Erzeugung eines doppelsträngigen DNA-Moleküls mit 5 '-überstehenden Enden durch die Polymerase-KettenreaMion unter Verwendung von polymeraseresistenten hybriden DNA/RNA-Oligonukleotiden und dessen gerichteter Einbau Mit den Oligonukleotiden 4A (SEQ ID NO:5) und 4B (SEQ ID NO:6) wurde die für den carboxyterminalen Bereich boviner Adam 10 codierende DNA- Sequenz mittels der Polymerase-KettenreaMion amplifiziert. Bei den Oligonukleotiden 4A (SEQ ID NO:5) und 4B (SEQ ID NO:6) handelt es sich um hybride DNA/RNA-Oligonukleotide, bei denen jeweils nur das Nukleotid in Position vier einen Ribonukleotid-Baustein darstellt.Generation of a double-stranded DNA molecule with 5 ' protruding ends by the polymerase chain reaction using polymerase-resistant hybrid DNA / RNA oligonucleotides and its directional incorporation The oligonucleotides 4A (SEQ ID NO: 5) and 4B (SEQ ID NO: 6) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of bovine Adam 10 by means of the polymerase chain reaction. The oligonucleotides 4A (SEQ ID NO: 5) and 4B (SEQ ID NO: 6) are hybrid DNA / RNA oligonucleotides in which only the nucleotide in position four represents a ribonucleotide building block.
Als Matrizen-DNA diente die cDNA von AdamIO des Rindes (GenBank/EMBL-Datenbank, Zugangsnummer: Z21961).The cDNA from AdamIO of bovine served as template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: Z21961).
Das mit der Taq-DNA-Polymerase erhaltene, 150 Basenpaare große PCR- Produkt wurde mit dem QIAquick PCR-Purification Kit (Qiagen, Deutschland) nach Angaben des Herstellers isoliert. Das gereinigte PCR-ProduM wurde anschließend mit T4-DNA-Polymerase behandelt. Anschließend wurde der QIAquick PCR-Purification Kit zur Isolierung des behandelten PCR- Produktes verwendet.The 150 base pair PCR product obtained with the Taq DNA polymerase was isolated using the QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Germany) according to the manufacturer's instructions. The purified PCR-ProduM was then treated with T4 DNA polymerase. The QIAquick PCR Purification Kit was then used to isolate the treated PCR product.
Das so isolierte PCR-ProduM wurde anschließend mit einem pGEXmod- Plasmidfragment ligiert. Das bei der Ligation verwendete pGEXmod- Plasmidfragment wurde dazu folgendermaßen gewonnen: das Plasmid pGEXmod wurde zunächst mit den Restriktionsendonukleasen EcoRI und Xhol geschnitten, anschließend erfolgte die Isolierung des Plasmidfragmentes aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit nach Herstellerangaben (Qiagen, Deutschland).The PCR-ProduM isolated in this way was then ligated with a pGEXmod plasmid fragment. The pGEXmod plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pGEXmod was first cut with the restriction endonucleases EcoRI and Xhol, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit according to the manufacturer's instructions (Qiagen, Germany).
Nach Transformation von E. coli DH5α mit dem Ligationsansatz wurden die erhaltenen Transformanden auf das Vorhandensein des rekombinanten Plasmids hin untersucht. Eine Restriktionsanalyse an den aus den Transformanden isolierten Plasmiden zeigte folgendes:After transformation of E. coli DH5α with the ligation mixture, the transformants obtained were examined for the presence of the recombinant plasmid. A restriction analysis on the plasmids isolated from the transformants showed the following:
1. Bei mehr als 90% der untersuchten Klone war das rekombinante Plasmid vorhanden.1. The recombinant plasmid was present in more than 90% of the clones examined.
2. Alle rekombinanten Plasmide hatten wiederum jeweils eine EcoRI- und eine Xhol-Erkennungssequenz.2. All recombinant plasmids each had an EcoRI and an Xhol recognition sequence.
Das Vorhandensein dieser beiden Restriktionsschnittstellen zeigt, dass die DNA-Reparaturmechanismen der verwendeten Bakterien in der Lage waren, die in den ligierten rekombinanten Plasmiden vorhandenen Ribonukleotide gegen DNA-Bausteine auszutauschen. Eine DNA-Sequenzierung an einem zufällig ausgewählten rekombinanten Plasmid zeigte, dass das PCR-Produkt fehlerfrei zwischen EcoRI und Xhol in pGEXmod integriert war.The presence of these two restriction sites shows that the DNA repair mechanisms of the bacteria used were able to exchange the ribonucleotides present in the ligated recombinant plasmids for DNA building blocks. DNA sequencing on one randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR product was correctly integrated between EcoRI and Xhol in pGEXmod.
Die erfolgreiche Rekombination von EcoRI/Xhol-geschnittenem pGEXmod- Plasmidfragment mit dem PCR-Produkt ist nur möglich, wenn das PCR- ProduM die dazu notwendigen kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da das PCR-ProduM keiner Behandlung durch RestriMionsendonukleasen unterzogen worden war, müssen diese Überhänge bei der Polymerase- KettenreaMion mit den Oligonukleotiden 4A (SEQ ID NO:5) und 4B (SEQ ID NO:6) entstanden sein.The successful recombination of EcoRI / Xhol-cut pGEXmod plasmid fragment with the PCR product is only possible if the PCR-ProduM has the necessary compatible DNA ends. Since the PCR-ProduM had not been subjected to any treatment by restriction endonucleases, these overhangs must have arisen in the polymerase chain reaction with the oligonucleotides 4A (SEQ ID NO: 5) and 4B (SEQ ID NO: 6).
Bei der PCR entstand durch das Oligonukleotid 4A (SEQ ID NO:5) ein 5'- Überhang folgender Zusammensetzung: 5 -AATu. Der zweite 5 -Überhang wurde durch das Oligonukleotid 4B (SEQ ID NO:6) in das PCR-Produkt eingebracht und hat folgende Zusammensetzung: 5 -TCGa. Bei den kleingedruckten und unterstrichenen Nukleotiden handelt es sich um Ribonukleotide, die keine weiteren Modifikationen tragen. Für die Entstehung des jeweiligen Überhangs ist jeweils der Ribonukleotidbaustein verantwortlich.During the PCR, the oligonucleotide 4A (SEQ ID NO: 5) produced a 5 ' overhang of the following composition: 5 -AATu. The second 5 overhang was introduced into the PCR product by the oligonucleotide 4B (SEQ ID NO: 6) and has the following composition: 5 -TCGa. The small print and underlined nucleotides are ribonucleotides that have no further modifications. The ribonucleotide building block is responsible for the formation of the respective overhang.
Das PCR-Produkt besitzt somit zwei unterschiedliche Enden, die zu DNA- Enden kompatibel sind, welche durch EcoRI bzw. Xhol erzeugt wurden. Es ist somit möglich, dieses PCR-Produkt gerichtet in ein entsprechend vorbereitetes Plasmid einbauen.The PCR product thus has two different ends that are compatible with DNA ends that were generated by EcoRI or Xhol. It is therefore possible to insert this PCR product in a directed manner into a correspondingly prepared plasmid.
Fazit:Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit überhängenden 5'-Enden ist möglich, wenn man eine Polymerase-KettenreaMion mit zwei hybriden DNA/RNA-Oligonukleotiden durchführt. Es ist dabei ausreichend, wenn die beiden Oligonukleotide jeweils nur einen Ribonukleotidbaustein enthalten. Die Größe des 5 '-Überhanges wird alleine durch Lage der Ribonukleotids bestimmt. Der Überhang beginnt mit dem Ribonukleotid und erstreckt sich bis zum 5'-Ende des im PCR-Produkt eingebauten Oligonukleotids.The generation of double-stranded DNA with overhanging 5 ' ends is possible if one polymerase chain reaction is carried out with two hybrid DNA / RNA oligonucleotides. It is sufficient if the two oligonucleotides each contain only one ribonucleotide building block. The size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the ribonucleotide. The overhang begins with the ribonucleotide and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR product.
Ein einzelnes Ribonukleotid, welches sich innerhalb eines hybriden DNA/RNA-Oligonukleotids befindet, kann offensichtlich nicht als Matrize bei der DNA-Synthese durch eine DNA-Polymerase dienen. Beispiel 5A single ribonucleotide that is within a hybrid DNA / RNA oligonucleotide obviously cannot serve as a template in DNA synthesis by a DNA polymerase. Example 5
Erzeugung eines doppelsträngigen DNA-Moleküls mit einem glatten und einem um zwei Nukleotide überstehenden 5 '-Ende und dessen gerichteter Einbau in einen KlonierungsvektorGeneration of a double-stranded DNA molecule with a smooth 5 ' end protruding by two nucleotides and its directional incorporation into a cloning vector
Unter Verwendung des polymeraseresistenten an der 5 '-Position der Desoxyribose Phosphorothioatmodifizierten Desoxy-Oligonukleotids 5B (SEQ ID NO:8) und des Desoxyribonukleotids 5A (SEQ ID NO:7) wurde über die Polymerase-KettenreaMion zunächst ein doppelstrangiges DNA-Molekül mit einem um zwei Nukleotide überstehenden 5'-Ende und einem glatten 5'- Ende erzeugt. Als Matrizen-DNA diente die cDNA von AdamIO des Rindes (GenBank/EMBL-Datenbank, Zugangsnummer: Z21961).Using the polymerase-resistant at the 5 ' position of the deoxyribose phosphorothioate-modified deoxy-oligonucleotide 5B (SEQ ID NO: 8) and the deoxyribonucleotide 5A (SEQ ID NO: 7), a double-stranded DNA molecule with a um was first converted via the polymerase chain reaction generated two nucleotides protruding 5 ' end and a smooth 5' end. The cDNA from AdamIO of bovine served as template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: Z21961).
Das mit der Pfu-DNA-Polymerase erhaltene 150 Basenpaare große PCR- Produkt wurde aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit isoliert und mit einem linearen pUC19-Plasmidfragment ligiert.The 150 base pair PCR product obtained with the Pfu DNA polymerase was isolated from an agarose gel with the QIAquick Gel Extraction Kit and ligated with a linear pUC19 plasmid fragment.
Das bei der Ligation verwendete pUC19-Plasmidfragment wurde dazu folgendermaßen gewonnen: das Plasmid pUC19 wurde zunächst mit den RestriMionsendonukleasen Smal und Accl geschnitten, anschließend erfolgte die Isolierung des Plasmidfragments aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit .The pUC19 plasmid fragment used in the ligation was obtained as follows: the plasmid pUC19 was first cut with the restriction endonucleases Smal and Accl, then the plasmid fragment was isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit.
Nach Transformation von E. coli DH5α mit dem Ligationsansatz wurden die erhaltenen Transformanden auf das Vorhandensein des rekombinanten Plasmids hin untersucht. Eine DNA-Sequenzierung an einem zufällig ausgewählten rekombinanten Plasmid zeigte, dass das PCR-Produkt fehlerfrei zwischen Smal und Accl in pUC19 integriert war.After transformation of E. coli DH5α with the ligation mixture, the transformants obtained were examined for the presence of the recombinant plasmid. DNA sequencing on a randomly selected recombinant plasmid showed that the PCR product was integrated correctly between Smal and Accl in pUC19.
Die erfolgreiche Rekombination von Smal/AccI-geschnittenem pUC19- Plasmidfragment mit dem PCR-ProduM ist nur möglich, wenn das PCR- Produkt die dazu notwendigen kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da das PCR-Produkt keiner Behandlung durch Restriktionsendonukleasen unterzogen worden war, müssen diese Überhänge bei der Polymerase- KettenreaMion mit den Oligonukleotiden 5A (SEQ ID NO:7) und 5B (SEQ ID NO:8) entstanden sein. Bei der PCR entstand durch das Oligonukleotid 4A (SEQ ID NO:5) ein glattes, zu Smal geschnittener DNA kompatibles Ende. Der zwei Nukleotide umfassende 5'-Überhang wurde durch das Oligonukleotid 5B (SEQ ID NO:8) in das PCR-Produkt eingebracht und hat folgende Zusammensetzung: 5'-Cg. Bei dem kleingedrucMen Nukleotid handelt es sich um einenThe successful recombination of Smal / AccI-cut pUC19 plasmid fragment with the PCR-ProduM is only possible if the PCR product has the necessary compatible DNA ends. Since the PCR product had not been subjected to any treatment by restriction endonucleases, these overhangs must have arisen in the polymerase chain reaction with the oligonucleotides 5A (SEQ ID NO: 7) and 5B (SEQ ID NO: 8). During the PCR, the oligonucleotide 4A (SEQ ID NO: 5) produced a smooth, Smal-cut DNA compatible end. The 5 ' overhang comprising two nucleotides was introduced into the PCR product by oligonucleotide 5B (SEQ ID NO: 8) and has the following composition: 5 ' -Cg. The small-sized nucleotide is a
Phosphorothioatmodifizierten DNA-Baustein, welcher für die Entstehung des Überhanges verantwortlich ist.Phosphorothioate-modified DNA building block, which is responsible for the formation of the overhang.
Das PCR-Produkt besitzt somit zwei unterschiedliche Enden, daher kann man es gerichtet in ein entsprechend vorbereitetes Plasmid einbauen.The PCR product thus has two different ends, so it can be built into a suitably prepared plasmid.
Fazit:Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit einem um zwei Nukleotide überstehenden 5 '-Ende ist möglich, wenn man eine Polymerase- KettenreaMion mit Desoxyoligonukleotiden durchführt, von denen eines einen polymeraseresistenzverleihenden Phosphorothioatmodifizierten DNA- Baustein besitzt. Die Größe des 5 '-Überhanges wird alleine durch die Lage des modifizierten Nukleotids bestimmt, beginnt mit diesem Baustein und erstrecM sich bis zum 5 '-Ende des im PCR-ProduM eingebauten Oligonukleotids.The generation of double-stranded DNA with a 5 ' end protruding by two nucleotides is possible if one carries out a polymerase chain reaction with deoxyoligonucleotides, one of which has a phosphorothioate-modified DNA building block which confers polymerase resistance. The size of the 5 ' overhang is determined solely by the position of the modified nucleotide, begins with this building block and extends to the 5 ' end of the oligonucleotide built into the PCR-ProduM.
Beispiel 6Example 6
Erzeugung eines Einzelnukleotidüberhangs am 5 '-Ende eines doppelsträngigen DNA-Moleküls und dessen gerichteter Einbau in einen KlonierungsveMorGeneration of a single nucleotide overhang at the 5 ' end of a double-stranded DNA molecule and its directional incorporation into a cloning membrane
Unter Verwendung des polymeraseresistenten RNA/DNA-Using the polymerase resistant RNA / DNA
Oligonukleotidhybrids 6A (SEQ ID NO:9) und des Desoxyribonukleotids 6B (SEQ ID NO:10) wurde über die Polymerase-KettenreaMion zunächst ein doppelstrangiges DNA-Molekül mit einem um ein Nukleotid überstehenden 5 '-Ende und einem glatten 5 '-Ende erzeugt. Als Matrizen-DNA diente hierbei die cDNA von AdarnlO des Rindes (GenBank/EMBL-Datenbank, Zugangsnummer: Z21961).Oligonucleotide hybrids 6A (SEQ ID NO: 9) and deoxyribonucleotide 6B (SEQ ID NO: 10) were first produced via the polymerase chain reaction with a double-stranded DNA molecule with a 5 ' end protruding by a nucleotide and a smooth 5 ' end , The cDNA from AdarnlO of bovine served as the template DNA (GenBank / EMBL database, accession number: Z21961).
Für die Amplifizierung des Adam10-cDNA-Abschnittes wurden zwei verschiedene hitzestabile DNA-Polymerasen verwendet: 1. Die fehlerlesende und fehlerkorrigierende Pfu-DNA-Polymerase, dieses Enzym erzeugt bei der PCR normalerweise glatte DNA-Enden.Two different heat-stable DNA polymerases were used for the amplification of the Adam10 cDNA section: 1. The error-reading and error-correcting Pfu DNA polymerase, this enzyme usually produces smooth DNA ends during PCR.
2. Die QBio-Taq-DNA-Polymerase, bei der es sich um eine modifizierte Taq- DNA-Polymerase handelt. Dieses Enzym besitzt, wie auch die Taq-DNA- Polymerase, keine fehlerlesende Aktivität. Im Gegensatz zur Taq-DNA- Polymerase erzeugt dieses Enzym jedoch normalerweise glatte DNA-Enden.2. The QBio-Taq DNA polymerase, which is a modified Taq DNA polymerase. This enzyme, like Taq DNA polymerase, has no error-reading activity. In contrast to Taq DNA polymerase, however, this enzyme normally produces smooth DNA ends.
Die mit beiden Polymerasen erhaltenen 460 Basenpaare großen PCR- ProduMe wurden über den QIAquick PCR-Purification Kit nachThe 460 base pairs of PCR products obtained with both polymerases were subsequently analyzed using the QIAquick PCR Purification Kit
Herstellerangaben (Qiagen, Deutschland) gereinigt und anschließend mit Xbal behandelt, wobei die 460 Basenpaare großen PCR-Produkte jeweils in zwei 400 und 60 Basenpaare große Fragmente gespalten werden. Anschließend wurde jeweils das 400 Basenpaare große Fragment aus einem Agarosegel mit dem QIAquick Gel Extraction Kit nach Herstellerangaben (Qiagen, Deutschland) isoliert. Diese DNA-Fragmente wurden anschließend mit einem linearen Plasmidfragment ligiert, welches zuvor mit EcoNI und Xbal behandelt und ebenfalls gelisoliert worden war.Manufacturer's information (Qiagen, Germany) cleaned and then treated with Xbal, the 460 base pair PCR products being split into two 400 and 60 base pair fragments. The 400 base pair fragment was then isolated from an agarose gel using the QIAquick Gel Extraction Kit according to the manufacturer's instructions (Qiagen, Germany). These DNA fragments were then ligated to a linear plasmid fragment which had previously been treated with EcoNI and Xbal and had also been gel-isolated.
Nach Transformation von E. coli DH5α mit dem Ligationsansatz wurden die erhaltenen Transformanden auf das Vorhandensein des rekombinanten Plasmides hin untersucht. Eine RestriMionsanalyse zeigte, dass 95% der rekombinierten Plasmide das PCR-Produkt aufgenommen hatten. Dabei war es unerheblich mit welcher DNA-Polymerase das entsprechende PCR- Produkt erzeugt worden war.After transformation of E. coli DH5α with the ligation mixture, the transformants obtained were examined for the presence of the recombinant plasmid. Restriction analysis showed that 95% of the recombined plasmids had taken up the PCR product. It was irrelevant with which DNA polymerase the corresponding PCR product was generated.
Eine DNA-Sequenzierung an einem rekombinanten Plasmid, das ein PCR- Produkt aufgenommen hatte, welches mit QBio-Taq erzeugt worden war, zeigte, dass das PCR-ProduM fehlerfrei zwischen den durch EcoNI und Xbal erzeugten Plasmidenden integriert war.DNA sequencing on a recombinant plasmid that had taken up a PCR product that had been generated with QBio-Taq showed that the PCR-ProduM was correctly integrated between the plasmid ends generated by EcoNI and Xbal.
Die erfolgreiche Rekombination von EcoNI/Xbal-geschnittenem Plasmidfragment mit einem PCR-ProduM ist nur möglich, wenn das PCR- Produkt die dazu notwendigen kompatiblen DNA-Enden besitzt. Da die PCR- Produkte nur einer Behandlung mit Xbal unterzogen worden waren, muss das zweite, zu EcoNI kompatible Ende bei der Polymerase-KettenreaMion zwangsläufig durch das Oligonukleotid 6A (SEQ ID NO:9) erzeugt worden sein. Bei der PCR entstand durch das Oligonukleotid 6A (SEQ ID NO:9) ein 5'- Einzelnukleotidüberhang folgender Zusammensetzung: 5'-u. Bei dem kleingedruckten und unterstrichenen Nukleotid handelt es sich um einen Ribonukleotid-Baustein, welcher für die Entstehung des Überhanges verantwortlich ist und in diesem Fall zu EcoNI geschnittener DNA kompatibel ist.The successful recombination of EcoNI / Xbal-cut plasmid fragment with a PCR-ProduM is only possible if the PCR product has the necessary compatible DNA ends. Since the PCR products had only been treated with Xbal, the second end compatible with EcoNI in the polymerase chain reaction must have been generated by oligonucleotide 6A (SEQ ID NO: 9). During the PCR, the oligonucleotide 6A (SEQ ID NO: 9) produced a 5 ' individual nucleotide overhang with the following composition: 5 ' -u. The small print and underlined nucleotide is a ribonucleotide building block, which is responsible for the formation of the overhang and in this case is compatible with DNA cut by EcoNI.
Das PCR-ProduM besitzt somit zwei unterschiedliche Enden und kann daher gerichtet in ein entsprechend vorbereitetes Plasmid eingebaut werden.The PCR-ProduM thus has two different ends and can therefore be built into a suitably prepared plasmid.
Fazit:Conclusion:
Die Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit 5'-Einzelnukleotidüberhängen ist mit Pfu- und QBio-Taq-DNA-Polymerase mit sehr guter Effizienz möglich, wenn man bei der PCR ein geeignetes polymeraseresistentes Oligonukleotid verwendet.The generation of double-stranded DNA with 5 ' single nucleotide overhangs is possible with Pfu and QBio-Taq DNA polymerase with very good efficiency if a suitable polymerase-resistant oligonucleotide is used in the PCR.
Bisher existierte keine universelle Methode Einzelnukleotidüberhänge beliebiger Sequenz an 5 '-Enden von DNA anzuhängen. Einzelnukleotidüberhänge sind die kleinstmöglichen Überhänge, die für gerichtete Klonierungen genutzt werden können.So far, there has been no universal method of attaching single nucleotide overhangs of any sequence to 5 ' ends of DNA. Single nucleotide overhangs are the smallest possible overhangs that can be used for directional cloning.
Beispiel 7Example 7
DNA-Rekombinationstechnik ohne Verwendung von Restriktionsendonuklease und LigasenRecombinant DNA technique without the use of restriction endonuclease and ligases
Die Oligonukleotide 7A (SEQ ID NO:11) und 7B (SEQ ID NO:12) wurden zur Amplifizierung des Plasmidrückgrats von pCR4 (Invitrogen, Niederlande) verwendet.Oligonucleotides 7A (SEQ ID NO: 11) and 7B (SEQ ID NO: 12) were used to amplify the plasmid backbone of pCR4 (Invitrogen, the Netherlands).
Mit den Oligonukleotiden 7C (SEQ ID NO:13) und 7D (SEQ ID NO:14) wurde die für den carboxyterminalen Bereich von murinem TACE codierende DNA- Sequenz mittels der Polymerase-KettenreaMion amplifiziert. Als Matrizen- DNA diente hierbei die cDNA von TACE der Maus (GenBank EMBL- Datenbank, Zugangsnummer: AB021709).The oligonucleotides 7C (SEQ ID NO: 13) and 7D (SEQ ID NO: 14) were used to amplify the DNA sequence coding for the carboxy-terminal region of murine TACE by means of the polymerase chain reaction. The cDNA from TACE of the mouse (GenBank EMBL database, accession number: AB021709) was used as the template DNA.
Für die Amplifizierung des pCR4-Plasmidfragments wurde die Taq-DNA- Polymerase genutzt. Der PCR-Ansatz wurde auf ein Agarosegel aufgetragen, eleMrophoretisch aufgetrennt, anschließend wurde das 3950 Basenpaare große pCR4-Plasmidfragment aus dem Gel isoliert (PCR- Purification-Kit, Qiagen, Hilden). Die isolierte DNA wurde zu gleichen Teilen aufgeteilt. Ein Teil wurde anschließend mit T4-DNA-Polymerase behandelt und dann über den PCR-Purification-Kit isoliert.The Taq DNA polymerase was used for the amplification of the pCR4 plasmid fragment. The PCR approach was carried out on an agarose gel applied, separated by electrophoresis, then the 3950 base pair pCR4 plasmid fragment was isolated from the gel (PCR purification kit, Qiagen, Hilden). The isolated DNA was divided into equal parts. A portion was then treated with T4 DNA polymerase and then isolated using the PCR purification kit.
Für die Amplifizierung der TACE-Sequenz wurden zwei verschiedene thermostabile DNA-Polymerasen benutzt:Two different thermostable DNA polymerases were used to amplify the TACE sequence:
1. Die Vent-Polymerase (New England Biolabs, FranMurt Höchst), dieses Enzym hat fehlerlesende und fehlerkorrigierende Aktivitäten und erzeugt bei der PCR normalerweise glatte DNA-Enden:1. Vent polymerase (New England Biolabs, FranMurt Höchst), this enzyme has error-reading and error-correcting activities and usually produces smooth DNA ends during PCR:
2. Die Taq-DNA-Polymerase, dieses Enzym besitzt keine fehlerlesende AMivität und erzeugt bei der PCR normalerweise DNA-Enden mit Desoxyadenosin-Einzelnukleotidüberhängen an den 3'-Enden.2. The Taq DNA polymerase, this enzyme has no error-reading activity and normally produces DNA ends with deoxyadenosine single nucleotide overhangs at the 3 ' ends during PCR.
Das mit der Vent-Polymerase erhaltene 400 Basenpaare große PCR-Produkt wurde aus einem Agarosegel isoliert. Das mit der Taq-DNA-Polymerase erhaltene, gleichgroße Produkt wurde hingegen direkt aus dem PCR-Ansatz isoliert.The 400 base pair PCR product obtained with the Vent polymerase was isolated from an agarose gel. In contrast, the product of the same size obtained with the Taq DNA polymerase was isolated directly from the PCR mixture.
Hybridisierung und Transformation der DNA-Fragmente Es wurden zwei getrennte Hybridisierungs- und Transformationsansätze durchgeführt:Hybridization and transformation of the DNA fragments Two separate hybridization and transformation approaches were carried out:
1. Das gelisolierte 3950 Basenpaare große mit der Taq-DNA Polymerase erhaltene und anschließend mit T4-DNA-Polymerase behandelte pCR4- Plasmidfragment wurde mit der 400 Basenpaare großen gelisolierten TACE- Sequenz, welche mit der Vent-Polymerase erhalten worden war, hybridisiert.1. The 3950 base pair gel-isolated pCR4 plasmid fragment obtained with the Taq DNA polymerase and subsequently treated with T4 DNA polymerase was hybridized with the 400 base pair gel-isolated TACE sequence which had been obtained with the Vent polymerase.
2. Das gelisolierte 3950 Basenpaare große mit der Taq-DNA Polymerase erhaltene pCR4-Plasmidfragment wurde mit der 400 Basenpaare großen TACE-Sequenz, welche ebenfalls mit der Taq-DNA Polymerase erhalten worden war, hybridisiert.2. The 3950 base pair gel-isolated pCR4 plasmid fragment obtained with the Taq DNA polymerase was hybridized with the 400 base pair TACE sequence, which had also been obtained with the Taq DNA polymerase.
Die zu hybridisierenden DNAs wurden gemischt, die Lösungen wurden auf 20mM Tris/HCI pH 7,5\10mM MgCI2\50mM NaCI eingestellt, auf 80°C erhitzt und dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde E. coli DH5α mit den Hybridisierungsansätzen transformiert. Aus den erhaltenen Transformanden wurde die Plasmid-DNA isoliert und mittels Restriktionsanalyse auf das Vorhandensein der rekombinanten Plasmide hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass 65% der Transformanden das rekombinante Plasmid besaßen, wenn sie mit dem erstenThe DNAs to be hybridized were mixed, the solutions were adjusted to 20mM Tris / HCl pH 7.5 \ 10mM MgCl2 \ 50mM NaCI, heated to 80 ° C and then slowly cooled to room temperature. E. coli DH5α was then transformed using the hybridization approaches. The plasmid DNA was isolated from the transformants obtained and examined for the presence of the recombinant plasmids by means of restriction analysis. It was found that 65% of the transformants had the recombinant plasmid when they started with the first
Hybridisierungsansatz (s.o.!) transformiert worden waren. Dagegen wiesen nur 6% der Transformanden das rekombinante Plasmid, wenn diese mit dem zweiten Hybridisierungsansatz (s.o.!) transformiert worden waren.Hybridization approach (see above!) Had been transformed. In contrast, only 6% of the transformants showed the recombinant plasmid when they had been transformed with the second hybridization approach (see above!).
Offenbar ist die ligationsfreie Rekombination effizienter, wenn man für die Herstellung der zu kombinierenden DNA-Fragmente eine fehlerkorrigierende DNA-Polymerase verwendet. Auf der anderen Seite zeigen die Ergebnisse von DNA-Sequenzierungen, dass es für die Richtigkeit der Rekombination unerheblich ist, welche DNA-Polymerase man verwendet. In beiden Fällen hatte das BaMerium die Lücken der hybridisierten DNA-Moleküle kovalent miteinander verknüpft, obwohl keines der 5 '-DNA-Enden phosphoryliert war. Weiterhin waren alle Ribonukleotidbausteine durch die entsprechenden DNA-Bausteine ersetzt worden.Apparently, ligation-free recombination is more efficient if an error-correcting DNA polymerase is used to produce the DNA fragments to be combined. On the other hand, the results of DNA sequencing show that it is irrelevant for the correctness of the recombination which DNA polymerase is used. In both cases, the BaMerium had covalently linked the gaps of the hybridized DNA molecules, although none of the 5 ' DNA ends was phosphorylated. Furthermore, all ribonucleotide building blocks had been replaced by the corresponding DNA building blocks.
Fazit:Conclusion:
Eine DNA-Rekombination, die ohne Restriktionsendonuklease und ohne Ligasen auskommt, wird möglich, wenn man die zu rekombinierenden DNA- Fragmente mittels polymeraseresistenter Oligonukleotide herstellt. Die Lage der polymeraseresistenzverleihenden Schutzgruppe der verwendeten Oligonukleotide sollte dabei so gewählt sein, dass 5 '-Überhänge von ausreichender Größe entstehen, um eine spezifische und genügend stabile Hybridisierung kompatibler Enden zu ermöglichen.Recombinant DNA that does not require restriction endonucleases and ligases becomes possible if the DNA fragments to be recombined are produced using polymerase-resistant oligonucleotides. The position of the protective group conferring polymerase resistance of the oligonucleotides used should be chosen so that 5 ' overhangs of sufficient size are created to enable a specific and sufficiently stable hybridization of compatible ends.
Die für die Herstellung der zu kombinierenden DNA-Moleküle benötigten Oligonukleotide brauchen am 5'-Ende nicht phosphoryliert sein, da die kovalente Verknüpfung nicht in vitro durch eine DNA-Ligase, sondern in vivo durch das BaMerium erfolgt. Beispiel 8The oligonucleotides required for the production of the DNA molecules to be combined need not be phosphorylated at the 5 ' end, since the covalent linkage is not carried out in vitro by a DNA ligase, but in vivo by the BaMerium. Example 8
Erzeugung einer zur mRNA komplementären cDNA unter Verwendung eines polymeraseresistenten OligonukleotidsGeneration of a cDNA complementary to the mRNA using a polymerase-resistant oligonucleotide
An einer aus menschlichen Nierenzellen isolierten mRNA-Population wurde mit Hilfe des polymeraseresistenten Oligonukleotids 8A (SEQ ID NO:15) und der Reversen-Transkriptase Superscript II (Gibco-Lifetechnologies) eine cDNA-Synthese durchgeführt. Oligonukleotid 8A (SEQ ID NO:15) hybridisiert dabei innerhalb der gesamten mRNA-Population nur mit der humanenA cDNA synthesis was carried out on an mRNA population isolated from human kidney cells with the aid of the polymerase-resistant oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) and the reverse transcriptase Superscript II (Gibco-Lifetechnologies). Oligonucleotide 8A (SEQ ID NO: 15) hybridizes only with the human within the entire mRNA population
Adam10-mRNA, entsprechend wird mit der Reversen-Transkriptase nur eine zur Adam10-mRNA komplementäre einzelsträngige DNA erzeugt.Adam10 mRNA, correspondingly only a single-stranded DNA complementary to the Adam10 mRNA is generated with the reverse transcriptase.
Das Vorhandensein der einzelsträngigen Adam10-cDNA wurde anschließend durch eine PCR mit den AdamlO-spezifischen Oligonukleotiden 8B (SEQ ID NO:16) und 8C (SEQ ID NO:17) überprüft. Bei dieser ReaMion entstand das erwartete 1030 Basenpaare große Adam10-Fragment.The presence of the single-stranded Adam10 cDNA was then checked by PCR with the Adam10-specific oligonucleotides 8B (SEQ ID NO: 16) and 8C (SEQ ID NO: 17). The expected 1030 base pair Adam10 fragment was generated in this ReaMion.
Fazit:Conclusion:
Eine cDNA-Erststrangsynthese kann mit einem polymeraseresistenten Oligonukleotid gestartet werden. Die Amplifizierung der doppelsträngigen cDNA kann anschließend mit unmodifizierten, aber auch mit polymeraseresistenten Oligonukleotiden erfolgen. Die Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden bringt dabei den entscheidenden Vorteil, dass man eine doppelsträngige cDNA mit überhängenden 5 '-Enden bekommt, die ohne weitere enzymatische Modifizierungen gerichtet Moniert werden kann. Eine vergleichbare Methode ist bisher nicht bekannt.A first strand cDNA synthesis can be started with a polymerase resistant oligonucleotide. The double-stranded cDNA can then be amplified with unmodified, but also with polymerase-resistant oligonucleotides. The use of polymerase-resistant oligonucleotides has the decisive advantage that a double-stranded cDNA with overhanging 5 ' ends is obtained, which can be clipped in a directed manner without further enzymatic modifications. A comparable method is not yet known.
Weitere Beispiele:Further examples:
Vorbemerkungen:Preliminary remarks:
16 der verwendeten Oligonukleotide wurden von der Firma QIAGEN Operon (Köln) bezogen. Ein weiteres Oligonukleotid wurde von der Firma MWG- Biotech AG (Ebersberg) bezogen. Alle verwendeten Oligonukleotide wurden in TE- Puffer (10 mM Tris/HCI, 1 mM EDTA, pH8) gelöst (100 M) und dann in RNase freiem Wasser auf die Endkonzentration von 5 μM eingestellt. Verwendete Oligonukleotide:16 of the oligonucleotides used were obtained from QIAGEN Operon (Cologne). Another oligonucleotide was obtained from MWG-Biotech AG (Ebersberg). All oligonucleotides used were dissolved in TE buffer (10 mM Tris / HCl, 1 mM EDTA, pH8) (100 M) and then adjusted to the final concentration of 5 μM in RNase-free water. Oligonucleotides used:
EPOIigo(FI)-Lac403-379 Primer 1A: 5'-agc[5FI-dU]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:18) Das Nukleotid an Position vier ist ein 5-Fluoro-Desoxy-UridinEPOIigo (FI) -Lac403-379 Primer 1A: 5'-agc [5FI-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 18) The nucleotide at position four is a 5-fluoro-deoxy-uridine
EPOIigo(Br)-Lac403-379EPOIigo (Br) -Lac403-379
Primer 2A: 5'-agc[5Br-dU]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:19) Das Nukleotid an Position vier ist ein 5-Bromo-Desoxy-UridinPrimer 2A: 5'-agc [5Br-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 19) The nucleotide at position four is a 5-bromo-deoxy-uridine
EPOIigo(l)-Lac403-379EPOIigo (l) -Lac403-379
Primer 3A: 5'-agc[5l-dU]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:20)Primer 3A: 5'-agc [5l-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 20)
Das Nukleotid an Position vier ist ein 5-lodo-Desoxy-UridinThe nucleotide at position four is a 5-iodo-deoxy-uridine
EPOIigo(dSp)-Lac403-379EPOIigo (DSP) -Lac403-379
Primer 4A: 5'-agc[dSpacer]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:21)Primer 4A: 5'-agc [dSpacer] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 21)
Das Nukleotid an Position vier ist ein abasisches (d-Spacer)The nucleotide at position four is an abasic (d-spacer)
EPOIigo(Sp-3)-Lac403-379EPOIigo (Sp-3) -Lac403-379
Primer 5A: 5'-agc[Sp-3]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:22) Anstatt des Nukleotids an Position vier ist C3 Spacer enthaltenPrimer 5A: 5'-agc [Sp-3] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 22) Instead of the nucleotide at position four, C3 spacer is included
EPOIigo(Sp-9)-Lac403-379 Primer 6A: 5'-agctt[Sp-9]tcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:23) Anstatt des Nukleotids an Position vier ist C9 Spacer enthalten.EPOIigo (Sp-9) -Lac403-379 Primer 6A: 5'-agctt [Sp-9] tcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 23) Instead of the nucleotide at position four, C9 spacer is included.
EPOIigo(Uni)-Lac403-379 Primer 7A: 5'-agc[Am-Uni]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:24) Anstatt des Nukleotids an Position vier ist ein Uni-link Amino modifier enthalten.EPOIigo (Uni) -Lac403-379 Primer 7A: 5'-agc [Am-Uni] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 24) Instead of the nucleotide at position four, a Uni-link amino modifier is included.
EPOIigo(rev)-Lac403-379 Primer 8A: 5'-agc[dT-5]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:25) Das Nukleotid an Position vier ist eine durch 3'-3' Bindung gebundene Reverse Base.EPOIigo (rev) -Lac403-379 Primer 8A: 5'-agc [dT-5] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 25) The nucleotide at position four is a reverse base bound by a 3'-3' bond.
EPOIigo(Amino)-Lac403-379 Primer 9A: 5'-agc[AmPur]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:26) Das Nukleotid an Position vier enthält 2-Aminopurin als Base.EPOIigo (Amino) -Lac403-379 Primer 9A: 5'-agc [AmPur] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 26) The nucleotide at position four contains 2-aminopurine as the base.
EPOIigo(Nitro)-Lac403-379EPOIigo (nitro) -Lac403-379
Primer 10A: 5'-agc[5-Nitldl]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:27) Das Nukleotid an Position vier enthält ein 5-Nitroindole als Base.Primer 10A: 5'-agc [5-Nitldl] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 27) The nucleotide at position four contains a 5-nitroindole as base.
EPOIigo(Ribo)-Lac403-379EPOIigo (Ribo) -Lac403-379
Primer 11 A: 5'-agc[20MeU]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:28)Primer 11 A: 5'-agc [20MeU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 28)
Das Nukleotid an Position vier ist ein 2'-0-Methyl Ribonukleotid (Uridin)The nucleotide at position four is a 2'-0-methyl ribonucleotide (uridine)
EPOIigo(Ribothio)-Lac403-379EPOIigo (Ribothio) -Lac403-379
Primer 12A: 5'-agc[20MeU*]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:29) Das Nukleotid an Position vier ist ein 2'-0-Methyl Ribonukleotid (Uridin), welches zusätzlich Thioat modifiziert istPrimer 12A: 5'-agc [20MeU * ] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 29) The nucleotide at position four is a 2'-0-methyl ribonucleotide (uridine), which is additionally modified thioate
EPOIigo(Tamra)-Lac403-379EPOIigo (Tamra) -Lac403-379
Primer 13A: 5'- [Tamra]agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:30)Primer 13A: 5'- [Tamra] agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 30)
Das Oligonukleotid ist am 5'-Ende mit TAMRA markiertThe oligonucleotide is labeled with TAMRA at the 5 'end
EPOIigo-Lac403-379EPOIigo-Lac403-379
Primer 14A: 5'-agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:31) Keine ModifikationPrimer 14A: 5'-agcttgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 31) No modification
EPOIigo(FI)-Lac403-379 Primer 15A: 5'-agc[2FI-dU]tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3' (Seq ID NO:32) Das Nukleotid an Position vier ist ein 2-Fluoro-Desoxy-UridinEPOIigo (FI) -Lac403-379 Primer 15A: 5'-agc [2FI-dU] tgtcgaattcactggccgtcgttttac-3 '(Seq ID NO: 32) The nucleotide at position four is a 2-fluoro-deoxy-uridine
EPOligo-Lad 19-139EPOligo-Lad 19-139
Primer 1 B: 5'-CCTGTTGGCGGGTGTCGGGGCTG-3' (Seq ID NO:33) Keine ModifikationPrimer 1 B: 5'-CCTGTTGGCGGGTGTCGGGGCTG-3 '(Seq ID NO: 33) No modification
EPOIigo-(Fluor)Lac119-139EPOIigo- (fluoro) Lac119-139
Primer 2B: 5'-CCTG[FI-dT]TGGCGGGTGTCGGGGCTG-3' (Seq ID NO:34)Primer 2B: 5'-CCTG [FI-dT] TGGCGGGTGTCGGGGCTG-3 '(Seq ID NO: 34)
Das Nukleotid an Position fünf ist mit Fluorescein markiertThe nucleotide at position five is labeled with fluorescein
KonstruMion des Klonierungsvektors Q1.1 (pUC19ΔLacZ Kanr):Construction of the cloning vector Q1.1 (pUC19ΔLacZ Kanr):
Das Plasmid Q1.1 ist ein Derivat des Vektors pUC19 dessen LacZ alpha Komplementationsgen zerstört wurde. Zur Konstruktion des Vektors Q1.1 wurde pUC19 mit der Restriktionsendonuklease Ndel geschnitten (Nulceotid 184). Der entstehende Überhang wurde mit T4-DNA-Polymerase aufgefüllt. Anschließend wurde das resultierende Fragment mit der Restriktionsendonuklease Hindill geschnitten. In das 2423 bp große pUC19- Vectorfragment wurde eine 1490 bp große Kanamycin-Resistenzkassette eingebaut, die durch Amplifikation des kodierenden BereichesThe plasmid Q1.1 is a derivative of the vector pUC19 whose LacZ alpha complementation gene was destroyed. To construct the vector Q1.1, pUC19 was cut with the restriction endonuclease Ndel (nucleotide 184). The resulting overhang was filled in with T4 DNA polymerase. The resulting fragment was then cut with the Hind III restriction endonuclease. A 1490 bp kanamycin resistance cassette was inserted into the 2423 bp pUC19 vector fragment by amplification of the coding region
(Nukleotidpositionen 2671-4164) des Plasmides pGBKT7 (Clontech) gewonnen wurde. An den Enden des 1490 bp großen PCR-Produktes wurde jeweils über die Primer eine Stul bzw. eine Hindlll-Schnittstelle eingebracht, die zur Ligation verwendet wurden.(Nucleotide positions 2671-4164) of the plasmid pGBKT7 (Clontech) was obtained. At the ends of the 1490 bp PCR product, a Stul or HindIII interface was introduced via the primers, which were used for ligation.
KonstruMion des Templatevektors Q2.7Construction of the template vector Q2.7
Das Plasmid Q2.7 ist ein Derivat des VeMors pUC19 dessen Ampicillin- Resistenzgen zerstört wurde. Stattdessen wurde ein Tetracyclinresistenzgen eingeführt. Zur Erstellung des TemplateveMors Q2.7 wurde pUC19 mit den RestriMionsendonukleasen Seal (schneidet an Position 2177 in pUC19) und Sspl (schneidet an Position 2501 in pUC19) verdaut. An der Position der deletierten Amp-Resistenzcodons wurde eine Tetracyclin-Resistenzkassette eingebaut. Diese wurde aus dem Plasmid pALTER-1 (Promega) durch einen Verdau mit den RestriMionsendonukleasen Hindlll und Styl-Fragment gewonnen.. Die überstehenden Enden des 1772 bp großen Fragmentes wurden vor der Klonierung durch Behandlung mit T4-DNA-Polymerase glatt gemacht. Das resultierende Plasmid ist 4134 bp groß.Plasmid Q2.7 is a derivative of VeMor pUC19, whose ampicillin resistance gene has been destroyed. Instead, a tetracycline resistance gene was introduced. To create the template VeMor Q2.7, pUC19 was digested with the restriction endonucleases Seal (cuts at position 2177 in pUC19) and Sspl (cuts at position 2501 in pUC19). A tetracycline resistance cassette was installed at the position of the deleted amp resistance codons. This was obtained from the plasmid pALTER-1 (Promega) by digestion with the restriction endonucleases HindIII and Styl fragment. The protruding ends of the 1772 bp fragment were smoothed before treatment by treatment with T4-DNA polymerase. The resulting plasmid is 4134 bp.
Erzeugung doppelsträngiger DNA-Moleküle mit einem überstehenden 5'- Ende durch Anwendung der Polymerase-KettenreaMion unter Verwendung eines modifizierten Oligonukleotides, deren Größenanalyse auf einem GeneScanGel sowie deren gerichteter Einbau in einen KlonierungsvektorGeneration of double-stranded DNA molecules with a protruding 5 'end by using the polymerase chain reaction using a modified oligonucleotide, their size analysis on a GeneScanGel and their directional incorporation into a cloning vector
Mit dem Oligonukleotid 2B (Seq ID NO:17) als forward Primer sowie den Oligonukleotiden 1A (Seq ID NO:1), 2A (Seq ID NO:2), 3A (Seq ID NO:3), 4A (Seq ID NO:4), 5A (Seq ID NO:5), 6A (Seq ID NO:6), 7A (Seq ID NO:7), 8A (Seq ID NO:8), 9A (Seq ID NO:9), 10A (Seq ID NO:10), 11A (Seq ID NO:11), 12A (Seq ID NO:12), 13A (Seq ID NO:13), 14A (Seq ID NO:14) und 15A (Seq ID NO:15) als reverse Primer wurde das aminoterminale Fragment (alpha Fragment) der LacZ kodierenden DNA-Sequenz mittels PCR mit folgenden Programmen amplifiziert. Hierbei wurde das Plasmid Q2.7 als Template verwendet. Für die Amplifikation wurde entweder die fehlerlesende und korrigierende Pfu-DNA Polymerase (Pfu Hot Start, Stratagene La Jolla, USA oder die Taq-DNA Polymerase (HotStar Taq, QIAGEN, Hilden) eingesetzt. Letztere besitzt keine fehlerlesende Aktivität. Die Pfu-DNA Polymerase erzeugt normalerweise glatte DNA-Enden während die Taq-DNA Polymerase 3'-DNA-Enden erzeugt die zum Teil Einzelnukleotidüberhängen (in der Regel Desoxyadenosin) aufweisen.With the oligonucleotide 2B (Seq ID NO: 17) as a forward primer and the oligonucleotides 1A (Seq ID NO: 1), 2A (Seq ID NO: 2), 3A (Seq ID NO: 3), 4A (Seq ID NO: 4), 5A (Seq ID NO: 5), 6A (Seq ID NO: 6), 7A (Seq ID NO: 7), 8A (Seq ID NO: 8), 9A (Seq ID NO: 9), 10A ( Seq ID NO: 10), 11A (Seq ID NO: 11), 12A (Seq ID NO: 12), 13A (Seq ID NO: 13), 14A (Seq ID NO: 14) and 15A (Seq ID NO: 15 ) As a reverse primer, the amino-terminal fragment (alpha fragment) of the DNA sequence encoding LacZ was amplified by means of PCR using the following programs. The plasmid Q2.7 was used as a template. Either the error-reading and corrective Pfu-DNA polymerase (Pfu Hot Start, Stratagene La Jolla, USA or the Taq-DNA polymerase (HotStar Taq, QIAGEN, Hilden) was used for the amplification. used. The latter has no error-reading activity. The Pfu-DNA polymerase normally produces smooth DNA ends, while the Taq-DNA polymerase creates 3'-DNA ends, some of which have single nucleotide overhangs (usually deoxyadenosine).
PCR-Ansatz 1 (Pfu DNA-Polymerase):PCR approach 1 (Pfu DNA polymerase):
Figure imgf000048_0001
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PCR Programm 1 (Pfu):PCR program 1 (Pfu):
Figure imgf000048_0002
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X = 34 CyclenX = 34 cycles
PCR-Ansatz 2 (HotStar Taq DNA-Polymerase):PCR approach 2 (HotStar Taq DNA polymerase):
Figure imgf000048_0003
Figure imgf000049_0001
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PCR Programm 2 (Taq):PCR program 2 (Taq):
Figure imgf000049_0002
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X = 34 CyclenX = 34 cycles
Nach Beendigung der Polymerase-KettenreaMion wurden die Amplifikate bei -20°C gelagert. Ein 2 μl Aliquot eines jeden Amplifikates wurde auf ein 2 % Agarosegel aufgetragen und aufgetrennt. Als Größenmarker wurden 4μl und 6 μl der Low Mass Ladder (Gibco) verwendet. Die PCR-Reaktion unter Verwendung der Pfu-DNA Polymerase mit den Primerkombinationen 2B (Seq ID NO:17) und 1A (Seq ID NO:1) sowie 2B (Seq ID NO:17) und 15A (Seq ID NO: 15) ergaben kein Amplifikat. Die Menge eines jeden Amplifikates wurde quantifiziert und ein Aliquot in Wasser auf 1 ng/μl eingestellt. 1 ,5 μl eines jeden so eingestellten Amplifikates wurden mit 4,5 μl Blaumarker (blue dextran 50 mg/ml; EDTA 25 mM) sowie 0,5 μl ROX 600 (GENEPRINT - KIT, Promega) vermischt und zur Größenanalyse auf ein GeneScan Gel aufgetragen. Auf einem GeneScan Gel können Größenunterschiede einer DNA-Sequenz von einem Basenpaar aufgetrennt werden. Die Fragmentlängen werden durch ein Fluoreszenzsignal (Primer 2B, Fluorescein markiert) detektiert.After the polymerase chain reaction had ended, the amplificates were stored at -20 ° C. A 2 μl aliquot of each amplificate was applied to a 2% agarose gel and separated. 4μl and 6μl of the Low Mass Ladder (Gibco) were used as size markers. The PCR reaction using the Pfu-DNA polymerase with the primer combinations 2B (Seq ID NO: 17) and 1A (Seq ID NO: 1) as well as 2B (Seq ID NO: 17) and 15A (Seq ID NO: 15) resulted no amplificate. The amount of each amplificate was quantified and an aliquot in water was adjusted to 1 ng / μl. 1.5 μl of each amplificate set in this way were mixed with 4.5 μl blue marker (blue dextran 50 mg / ml; EDTA 25 mM) and 0.5 μl ROX 600 (GENEPRINT-KIT, Promega) and on a GeneScan gel for size analysis applied. Size differences of a DNA sequence can be separated from a base pair on a GeneScan gel. The fragment lengths are detected by a fluorescence signal (primer 2B, fluorescein labeled).
Das PCR-Produkt, das unter Verwendung der Pfu-DNA-Polymerase und der Primer 2B und Primer 14A generiert wurde zeigt eine Größe von 289 bp (84,5%). Wohingegen das PCR-Produkt, das unter Verwendung der gleichen Primer und der HotStarTaq-DNAPolymerase generiert wurde zwei Hauptfragmente aufweist. Diese haben eine Größe von 289 bp (46,2%) und 290 bp (50,9%). Das 290 bp Produkt wird durch die Template unabhängige Syntheseaktivität der Taq-DNA-Polymerase generiert. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse der GeneScan-Analysen mit denen die Effizienz von polymeraseresistenten Schutzgruppen untersucht wurde.The PCR product generated using Pfu DNA polymerase and primers 2B and primer 14A shows a size of 289 bp (84.5%). Whereas the PCR product generated using the same primers and the HotStarTaq DNA polymerase has two main fragments. These have a size of 289 bp (46.2%) and 290 bp (50.9%). The 290 bp product is generated by the template-independent synthesis activity of the Taq DNA polymerase. The following table shows the results of the GeneScan analyzes with which the efficiency of polymerase-resistant protective groups was investigated.
Die maximale Größe der Fragmente kann 289 Nukleotide betragen, durch die Schutzgruppe sollte die Größe der erzeugten DNA-Fragmente kleiner sein, im Idealfall umfasst sie 285 Nukleotide.The maximum size of the fragments can be 289 nucleotides. Due to the protective group, the size of the DNA fragments generated should be smaller, ideally comprising 285 nucleotides.
Angaben in der Tabelle:Information in the table:
Fragmentgröße: Größe der erzeugten DNA-Fragmente (Angabe inFragment size: Size of the DNA fragments generated (specified in
Nukleotiden)nucleotides)
Höhe: SignalintensitätHeight: signal intensity
Fläche: Integral der SignalflächeArea: integral of the signal area
V . Häufigkeit des Polymerasestops in %V. Frequency of polymerase stop in%
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Präparation des Vektorfragmentes (2429 bp) von Q1.1 mit einer Hindill- Schnittstelle und einem glatten Ende (Q1.1-Pfu)Preparation of the vector fragment (2429 bp) from Q1.1 with a Hindill interface and a smooth end (Q1.1-Pfu)
Der KlonierungsveMors Q1.1 enthält kein alpha-Peptid mehr. Das Plasmid Q1.1 wurde mit den Restriktionsendonukleasen Stul und Hindill behandelt. Dabei entstehen zwei Fragmente der Größe von 2429 bp und 1490 bp. Das 2429 bp große Q1.1 Stul-Hindlll-Vectorfragment stellt den pUC19-Backbone ohne alpha-Peptid dar und kodiert für das Ampicillin-Resistenzgen, das 1490 bp große Fragment enthält eine Kanamycin-Resistenzkassette. Das 2429 bp große Vectorfragment wurde aus einem Agarosegel isoliert, die Konzentration des Vectorfragmentes wurde photometrisch bestimmt.The cloning VeMors Q1.1 no longer contains an alpha peptide. The plasmid Q1.1 was treated with the restriction endonucleases Stul and Hindill. This creates two fragments of 2429 bp and 1490 bp in size. The 2429 bp Q1.1 Stul-Hindlll vector fragment represents the pUC19 backbone without alpha peptide and codes for the ampicillin resistance gene, the 1490 bp fragment contains a kanamycin resistance cassette. The 2429 bp vector fragment was isolated from an agarose gel, the concentration of the vector fragment was determined photometrically.
Präparation des Vektorfragmentes (2429 bp) von Q1.1 mit einer Hindlll- Schnittstelle und einem 3'-T-Überhang (Q1.1-Taq) Der Klonierungsvektors Q1.1 enthält kein alpha-Peptid mehr. Das Plasmid Q1.1 wurde mit der Restriktionsendonuklease Stul linearisiert. Anschließend wurden mit Taq-DNA-Polymerase in Gegenwart von dTTP an den 3 '-Enden T-Einzelnukleotidüberhänge erzeugt. Nach Aufreinigung (QIAspin) wurde mit der Restriktionsendonuklease Hindill geschnitten. Dabei entstehen zwei Fragmente der Größe von 2429 bp und 1490 bp. Das 2429 bp große Q1.1 Stul-Hindlll-Vectorfragment stellt den pUC19-Backbone ohne alpha-Peptid dar und kodiert für das Ampicillin-Resistenzgen, das 1490 bp große Fragment enthält eine Kanamycin-Resistenzkassette. Das 2429 bp große Vectorfragment wurde aus einem Agarosegel isoliert, die Konzentration des Vectorfragmentes wurde photometrisch bestimmt.Preparation of the vector fragment (2429 bp) from Q1.1 with a HindIII interface and a 3'-T overhang (Q1.1-Taq) The cloning vector Q1.1 no longer contains an alpha peptide. The plasmid Q1.1 was linearized with the Stul restriction endonuclease. Subsequently, T single nucleotide overhangs were generated with Taq DNA polymerase in the presence of dTTP at the 3 ' ends. After purification (QIAspin), Hind III was cut with the restriction endonuclease. This creates two fragments of 2429 bp and 1490 bp in size. The 2429 bp Q1.1 Stul-Hindlll vector fragment represents the pUC19 backbone without alpha peptide and codes for the ampicillin resistance gene, the 1490 bp fragment contains a kanamycin resistance cassette. The 2429 bp vector fragment was isolated from an agarose gel, the concentration of the vector fragment was determined photometrically.
Gerichteter Einbau der LacZ alpha PCR-Fragmente(LacZ alpha-Fragment) in einen KlonierungsveMorDirected installation of the LacZ alpha PCR fragments (LacZ alpha fragment) in a cloning membrane
Die Lage der polymeraseresistenz verleihenden Schutzgruppe in dem jeweiligen reverse Primer für die PCR-ReaMion ist so gewählt, das ein Doppelstrang mit einem überstehenden 5'-Ende erzeugt wird. Dieses 5'- Ende ist komplementär zu einem DNA-Ende welches entsteht wenn doppelsträngige DNA mit der Restriktionsendonuklease Hindill geschnitten wurde. Das zweite 5'-Ende des Amplifikates sollte in Abhängigkeit der verwendeten DNA-Polymerase entweder glatt sein (Pfu-DNA-Polymerase) oder zumindest teilweise einen 3'-A-Überhang aufweisen (Taq-DNA- Polymerase). Wird das PCR-Fragment in das vorher entsprechend präparierte Vektorfragment von Q1.1 eingebracht, sollten Plasmide erzeugt werden, die für ein funktionales LacZ alpha Fragment kodieren. Transformation dieser Plasmide in einen E.coli Stamm der zur sogenannten alpha-Komplementation befähigt ist , erzeugt blaue Kolonien auf zum Nachweis geeigneten festen Nährböden.The position of the protective group conferring polymerase resistance in the respective reverse primer for the PCR reaction is chosen in such a way that a double strand with a protruding 5 ′ end is produced. This 5 'end is complementary to a DNA end which is formed when double-stranded DNA has been cut with the restriction endonuclease HindIII. Depending on the DNA polymerase used, the second 5 'end of the amplified product should either be smooth (Pfu-DNA polymerase) or at least partially have a 3'-overhang (Taq-DNA polymerase). If the PCR fragment is introduced into the previously prepared vector fragment of Q1.1, plasmids should be generated which code for a functional LacZ alpha fragment. Transformation of these plasmids into an E. coli strain which is capable of so-called alpha complementation produces blue colonies on solid nutrient media suitable for detection.
Ligation der PCR-Fragmente:Ligation of the PCR fragments:
Alle mit beiden DNA-Polymerasen generierten PCR-Fragmente wurden mit dem VeMorfragment Q1.1 mit einer Hindlll-Schnittstelle und einem 3'-T- Überhang (Q1.1-Taq) ligiert. LigationsbedingungenAll PCR fragments generated with both DNA polymerases were ligated with the VeMor fragment Q1.1 with a HindIII site and a 3'-T overhang (Q1.1-Taq). Ligation conditions
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Alle Proben wurden über Nacht bei 16°C inkubiert und je 1 μl wurde in den E.coli-Stamm QEZ (QIAGEN, Hilden) transformiert. Dieser wurde dann auf geeignetes festes SeleMionsmedium ausgestrichen. Darüber hinaus wurden die PCR-Fragmente, die mit dem forward Oligonukleotid 2B in Kombination mit den reverse Oligonukleotiden 2A, 3A, 9A, 11A und 12A mit beiden Polymerasen erzeugt wurden in das VeMorfragment Q1.1 mit einer Hindlll-Schnittstelle und einem glatten Ende (Q1.1 -Pfu) ligiert.All samples were incubated at 16 ° C. overnight and 1 μl each was transformed into the E. coli strain QEZ (QIAGEN, Hilden). This was then spread on suitable solid SeleMion medium. In addition, the PCR fragments generated with the forward oligonucleotide 2B in combination with the reverse oligonucleotides 2A, 3A, 9A, 11A and 12A with both polymerases were converted into the VeMor fragment Q1.1 with a HindIII interface and a smooth end ( Q1.1 Pfu) ligated.
LigationsbedingungenLigation conditions
Figure imgf000054_0002
Figure imgf000054_0002
Alle Proben wurden über Nacht bei 16°C inkubiert und je 1 μl wurde in den E.coli-Stamm QEZ (QIAGEN, Hilden) transformiert. Dieser wurde dann auf geeignetes festes SeleMionsmedium ausgestrichen. Anzahl blauer KloneAll samples were incubated at 16 ° C. overnight and 1 μl each was transformed into the E. coli strain QEZ (QIAGEN, Hilden). This was then streaked onto suitable solid SeleMion medium. Number of blue clones
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n.b. nicht bestimmt
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nb not determined

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von doppelsträngigen Nukleinsäuren mit einem oder zwei 5'-Überhängen, dadurch gekennzeichnet, dass an einer DNA- Matrize eine DNA-Synthese mit einem oder zwei polymersaseresistenten Oligonukleotiden mittels einer DNA-Polymerase durchgeführt wird, wobei ein polymeraseresistentes Oligonukleotitid mindestens ein Nukleotidanalogon enthält, welches dazu befähigt ist mit Desoxribonukleinsäure also auch mit Ribonukleinsäure eine nukleotidspezifische Basenpaarung einzugehen.1. A process for the preparation of double-stranded nucleic acids with one or two 5'-overhangs, characterized in that a DNA synthesis with one or two polymerase-resistant oligonucleotides is carried out by means of a DNA polymerase on a DNA template, with a polymerase-resistant oligonucleotide at least one Contains nucleotide analog, which is capable of entering into a nucleotide-specific base pairing with deoxribonucleic acid, ie also with ribonucleic acid.
2. Verfahren zur Herstellung von Desoxyribonukleinsäure/Ribonukleinsäure- Hybriden dadurch gekennzeichnet, dass an einer RNA-Matrize eine DNA-Synthese mit einem polymeraseresitenten Oligonukleotid mittels einer reversen Transskriptase durchgeführt wird, wobei das polymerisierbare Oligonukleotid mindestens ein Nukleotidanalogon enthält, welches dazu befähigt ist mit Desoxribonukleinsäure also auch mit Ribonukleinsäure eine nukleotidspezifische Basenpaarung einzugehen.2. A process for the preparation of deoxyribonucleic acid / ribonucleic acid hybrids, characterized in that DNA synthesis with a polymerase-resistant oligonucleotide is carried out by means of a reverse transcriptase on an RNA template, the polymerizable oligonucleotide containing at least one nucleotide analog capable of deoxribonucleic acid thus also entering into a nucleotide-specific base pairing with ribonucleic acid.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass an der Phosphatgruppe derivatisierte Desoxribonukleotide oder Ribonulleotide als polymeraseresistente Nukleotide eingesetzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that deoxribonucleotides or ribonulleotides derivatized on the phosphate group are used as polymerase-resistant nucleotides.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Phosphorothioat-modifizierte Desoxyribonukleotide oder Phosphorothioatmodifizierte Ribonukleotide als polymeraseresistentes Nukleotide eingesetzt werden.4. The method according to claim 3, characterized in that phosphorothioate-modified deoxyribonucleotides or phosphorothioate-modified ribonucleotides are used as polymerase-resistant nucleotides.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine 5'- Position des Riboseringes durch eine Phosphorothioat-Gruppierung derivatisierte Ribose als polymeraseresistente Nukleotide eingesetzt werden. 5. The method according to claim 4, characterized in that a 5 ' - position of the ribose ring derivatized by a phosphorothioate grouping ribose are used as polymerase-resistant nucleotides.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass an unterschiedlichen Positionen Alkyl-modifizierte Nukleotidbausteine als polymeraseresistentes Nukleotide Schutzgruppen eingesetzt werden.6. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that alkyl-modified nucleotide building blocks are used as polymerase-resistant nucleotide protective groups at different positions.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der 2 '-Hydroxylgruppe Alkyl-modifiziertes Ribonukleotid als polymeraseresistentes Nukleotid eingesetzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a ribonucleotide modified on the 2 ' hydroxyl group is used as the polymerase-resistant nucleotide.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die 2'-8. The method according to claim 7, characterized in that the 2 ' -
Hydroxylgruppe des Ribonukleotids mit einer Alkylgruppe, die eins bis drei Kohlenstoffatome aufweist, verethert ist.Hydroxyl group of the ribonucleotide is etherified with an alkyl group having one to three carbon atoms.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, die 2'- Hydroxylgruppe des Ribonukleotids mit einer Methylgruppe verethert ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the 2 ' - hydroxyl group of the ribonucleotide is etherified with a methyl group.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der 2'-Hydroxygruppe mit eine Alkoxyalkylengruppe vcerehterte Ribonukleotid als polymeraseresistentes Nukleotid eingesetzt wird.10. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a ribonucleotide vereehterter on the 2 ' hydroxy group with an alkoxyalkylene group is used as a polymerase-resistant nucleotide.
11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 2'- Hydroxylgruppe des Ribonukleotids einer -[(CH2)2]q-0-Alkyl-Gruppe verethert ist, in der q eine ganze Zahl 1 ,2,3, 4 oder 5 bedeutet und Alkyl bevorzugt eine Alkylgruppe mit eins bis drei Kohlenstoffatomen bedeutet.11. The method according to claim 10, characterized in that the 2'-hydroxyl group of the ribonucleotide is etherified by a - [(CH 2 ) 2 ] q-0-alkyl group in which q is an integer 1, 2, 3, 4 or 5 and alkyl preferably represents an alkyl group having one to three carbon atoms.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Basenpartialstruktur halogeniertes Ribonukleotid oder Deoxyribonukleotid als polymeraseresistentes Nukleotid eingesetzt wird.12. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a halogenated in the base partial structure ribonucleotide or deoxyribonucleotide is used as the polymerase-resistant nucleotide.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass 5-Fluor- dU, 5-Brom-dU sowie 5-lod-dU derivatisierte Nukleotide als polymeraseresistente Nukleotid eingesetzt werden.13. The method according to claim 12, characterized in that 5-fluorine-dU, 5-bromo-dU and 5-iodine-dU derivatized nucleotides are used as the polymerase-resistant nucleotide.
14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen Farbstoff derivatisiertes Nukleotid als polymeraseresistentes Nukleotid eingesetzt werden. 14. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a nucleotide derivatized by a dye is used as the polymerase-resistant nucleotide.
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass als Farbstoff Farbstoffe vom Fluorescein-Typ oder TAMRA eingesetzt werden.15. The method according to claim 14, characterized in that dyes of the fluorescein type or TAMRA are used as the dye.
16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nukleotide, die eine andere Base aufweisen als die in natürlich vorkommenden Nukleotiden, als polymeraseresistente Nukleotide eingesetzt wird.16. The method according to claim 1 or 2, characterized in that nucleotides which have a different base than that in naturally occurring nucleotides are used as polymerase-resistant nucleotides.
17. Verfahren nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass als Basen 2-Aminopurin und 5-Nitroindol eingesetzt werden.17. The method according to claim 16, characterized in that 2-aminopurine and 5-nitroindole are used as bases.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Nukleotides Ribonukleotid- bzw. Desoxyribonukleotid- ersetzende StruMuren eingesetzt werden18. The method according to claim 1 or 2, characterized in that instead of a nucleotide ribonucleotide or deoxyribonucleotide-replacing structures are used
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Ribonukleotid- bzw. Desoxyribonukleotid- ersetzende Strukturen19. The method according to claim 18, characterized in that as ribonucleotide or deoxyribonucleotide replacing structures
HO(CH2) 3OHHO (CH 2 ) 3 OH
HO[(CH2) 20] nH worin n eine ganze Zahl 1 ,2,3,4 oder 5 bedeutet, oderHO [(CH 2 ) 2 0] n H where n is an integer 1, 2, 3, 4 or 5, or
HO-CH2CH[(CH2) mNH2 ](CH2)OH, worin m eine ganze Zahl 3, 4, 5, 6 oder 7 bedeutet, eingesetzt werden.HO-CH 2 CH [(CH 2 ) m NH 2 ] (CH 2 ) OH, where m is an integer 3, 4, 5, 6 or 7, can be used.
20. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reversed Base als polymeraseresistente Nukleotid eingesetzt wird.20. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a reversed base is used as the polymerase-resistant nucleotide.
21. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere polymeraseresistente Nukleotide eingesetzt werden, die gegebenenfalls an einer oder an mehreren Stellen modifiziert sein können.21. The method according to claim 1 to 15, characterized in that one or more polymerase-resistant nucleotides are used, which can optionally be modified at one or more locations.
22. Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Desoxyaribonukleinsäure/Ribonukleinsäure-Hybrid, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 21. 22. Deoxyribonucleic acid (DNA) or deoxyaribonucleic acid / ribonucleic acid hybrid, produced by a method of claims 1 to 21.
23. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine linearer doppelsträngiger DNA mit beidseitig 5 '-überstehenden Enden ist.23. deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA is a linear double-stranded DNA with 5 ' protruding ends on both sides.
24. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine gerichtet klonierbare, lineare doppelsträngige DNA mit beidseitig 5 '-überstehenden Enden unterschiedlicher Nukleotidzusammensetzung ist.24. Deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA is a directionally clonable, linear double-stranded DNA with 5 ' protruding ends on both sides of different nucleotide compositions.
25. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine gerichtet klonierbare, linearer doppelsträngige DNA mit nur einem 5 '-überstehenden Ende ist.25. Deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA is a directionally clonable, linear double-stranded DNA with only one 5 ' protruding end.
26. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine gerichtet klonierbare, doppelsträngige, zu einer Boten-RNA (mRNA) komplementäre DNA (cDNA) mit ein- oder beidseitig 5 '-überstehenden Enden ist.26, deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA a directed clonable, double-stranded, complementary to a messenger RNA (mRNA) DNA (cDNA) with one or both 5 'ends -überstehenden.
27. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine gerichtet klonierbare doppelsträngige, zu RNA komplementäreDNA mit ein- oder beidseitig 5' überstehenden Enden ist.27. Deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA is a directionally clonable double-stranded DNA complementary to RNA with ends protruding on one or both sides 5 ' .
28. Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA eine linearer doppelsträngiger DNA mit einem oder zwei 5 '-überstehenden Enden ist, bei denen die Größe des Überhangs jeweils nur ein Nukleotid umfasst.28. Deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22, characterized in that the DNA is a linear double-stranded DNA with one or two 5 ' protruding ends, in which the size of the overhang each comprises only one nucleotide.
29. Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids für die Neusynthese eines DNA-Stranges durch eine DNA-Polymerase.29. Use of a polymerase-resistant oligonucleotide for the new synthesis of a DNA strand by a DNA polymerase.
30. Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids für die Neusynthese eines DNA-Stranges durch eine Reverse-Transkriptase. 30. Use of a polymerase-resistant oligonucleotide for the re-synthesis of a DNA strand by a reverse transcriptase.
31.Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids für die Polymerase-KettenreaMion (PCR).31. Use of a polymerase-resistant oligonucleotide for the polymerase chain reaction (PCR).
32. Verwendung eines freien oder eines bereits in einen DNA-Strang eingebauten polymeraseresistenten Oligonukleotids als Substrat einer32. Use of a free or a polymerase-resistant oligonucleotide already built into a DNA strand as the substrate of a
DNA- oder einer RNA-Ligase.DNA or an RNA ligase.
33. Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids für die Ligase- KettenreaMion (LCR).33. Use of a polymerase-resistant oligonucleotide for the ligase chain reaction (LCR).
34. Verwendung eines polymeraseresistenten Oligonukleotids für die Erststrangsynthese von zu RNA komplementärer DNA.34. Use of a polymerase-resistant oligonucleotide for the first strand synthesis of DNA complementary to RNA.
35. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Herstellung von doppelsträngigen Oligonukleotidadaptem mit einem oder zwei durch35. Use of polymerase-resistant oligonucleotides for the production of double-stranded oligonucleotide adapters with one or two through
DNA-Polymerasen nicht auffüllbaren Enden.DNA polymerases non-fillable ends.
36. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Herstellung von cDNA-Bibliotheken.36. Use of polymerase-resistant oligonucleotides for the production of cDNA libraries.
37. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Herstellung von Genom-Bibliotheken.37. Use of polymerase-resistant oligonucleotides for the production of genome libraries.
38. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Herstellung von synthetischen Genen.38. Use of polymerase-resistant oligonucleotides for the production of synthetic genes.
39. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Herstellung von teilsynthetischen Genen.39. Use of polymerase-resistant oligonucleotides for the production of partially synthetic genes.
40. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit einem oder zwei 5 '-überstehenden Enden.40. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA with one or two 5 ' protruding ends.
41. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit einem oder zwei 5 '-überstehenden Enden für die gerichtete Klonierung. 41. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA with one or two 5 ' protruding ends for directional cloning.
42. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngiger DNA mit einem oder zwei 5 '-überstehenden Enden für die DNA-Rekombination mit kompatiblen DNA-Enden.42. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA with one or two 5 ' protruding ends for DNA recombination with compatible DNA ends.
43. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden gemäß Anspruch 29 zur Erzeugung von doppelsträngigen DNA-Molekülen mit 5'- überstehenden Enden für ligationsunabhängige DNA- Rekombinationstechniken.43. Use of polymerase-resistant oligonucleotides according to claim 29 for the production of double-stranded DNA molecules with 5 ' - protruding ends for ligation-independent recombinant DNA techniques.
44. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngigen DNA-Molekülen mit 5 '-überstehenden Enden für die homologe Rekombination.44. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA molecules with 5 ' protruding ends for homologous recombination.
45. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngigen DNA-Molekülen mit 5 '-überstehenden Enden für homologe Rekombinationen bei der Herstellung von transgenen nichtmenschlichen Organismen, transgenen Einzellern, transgenen pro- und eukaryontischen Zellen und transgenen Viren.45. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA molecules with 5 ' protruding ends for homologous recombinations in the production of transgenic non-human organisms, transgenic unicellular organisms, transgenic pro- and eukaryotic cells and transgenic viruses.
46. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngigen DNA-Molekülen mit 5 '-überstehenden Enden für homologe Rekombinationen bei der Ausschaltung von Genen (Knockout) und bei der Ersetzung von Genen (Gene Replacement).46. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA molecules with 5 ' protruding ends for homologous recombinations when knocking out genes (knockout) and when replacing genes (gene replacement).
47. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden zur Erzeugung von doppelsträngigen DNA-Molekülen mit 5 '-überstehenden Enden für die Gentherapie.47. Use of polymerase-resistant oligonucleotides to generate double-stranded DNA molecules with 5 ' protruding ends for gene therapy.
48. Verwendung von polymeraseresistenten Oligonukleotiden Erzeugung von einzel- oder doppelsträngigen DNA-Molekülen mit einem oder zwei 5'- überstehenden Endenzum Einsatt in der Affinitätschromatographie48. Use of polymerase resistant oligonucleotides Generation of single or double stranded DNA molecules with one or two 5 ' protruding ends for use in affinity chromatography
49. Kit enthaltend eine Desoxyribonukleinsäure (DNA) gemäß Anspruch 22. 49. Kit containing a deoxyribonucleic acid (DNA) according to claim 22.
0. Kit enthaltend ein polymeraseresistentes Oligonukleotid. 0. Kit containing a polymerase-resistant oligonucleotide.
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