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    公开号:WO1984001779A1
    申请号:PCT/EP1983/000281
    申请日:1983-10-27
    公开日:1984-05-10
    发明作者:Hubert Koester
    申请人:Hubert Koester；
    IPC主号:C07H21-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Herstellung von Oligonucleotiden
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oligonucleotiden durch aufeinanderfolgende Verknüpfung einzelner oder mehrerer Nucleotideinheiten in homogener Phase, wobei nach jedem Verknüpfungsschritt eine chromatografische Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt.
    [0003] Infolge der Bedeutung synthetischer Oligonucleotide zur Gewinnung von genetischem Material sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden. Nach dem neuesten Stand der Technik werden diese Verfahren entweder nach der Phosphat-Triester- oder nach der Phosphit-Triester-Methode durchgeführt, wobei sich insbesondere die Verwendung polymerer Träger als heterogene Phase als vorteilhaft herausgestellt hat. Die Verwendung der polymeren Träger dient vor allem dazu, die Aufarbeitung der Reaktionsgemische nach den Kondensationsschritten zu vereinfachen, indem aufwendige chromatografische Trennverfahren, durch Filtrationen ersetzt werden. Darüber hinaus ist auch eine Automatisierung der einzelnen Reaktionsschritte möglich Diese Verfahren sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß mit ihnen Oligonucleotide nur in relativ geringen Mengen zu gewinnen sind.
    [0004] Die Erfindung ist auf ein Verfahren der eingangs genannten Art gerichtet, mit dem Oligonucleotide definierter Sequenz in größeren Mengen erhalten werden können. Dabei sind nicht nur die in der Natur vorkommenden Oligodiester, sondern auch analoge Oligomere wie Oligotriester oder Oligophosphonate herstellbar.
    [0005] Das Verfahren der Erfindung ist durch die folgenden Reaktionsschritte gekennzeichnet: a) Umsetzung eines polyfunktionellen, in dem jeweiligen Reaktionsgemisch löslichen Trägermoleküls der allgemeinen Formel I
    [0006] Sp(X)n (I)
    [0007] in der n eine ganze Zahl von 2-4,
    [0008] X eine nucleotidchemisch verträgliche reaktive Gruppe und
    [0009] Sp eine gegebenenfalls verzweigte Alkylen- oder Polyalkylengruppe mit 1-30 Kohlenstoffatomen, eine Arylenbzw. Polyarylengruppe mit 1-10 Arylgruppen, eine Polyaralkylengruppe mit 1-10 Arylgruppen, eine Polyaralkylengruppe mit 2-100 Aralkyleneinheiten, Polyester, Polysiloxane oder Polyamide mit einem Molekulargewicht bis zu 40000, gegebenenfalls verzweigte Alkylendioxyverbindungen mit 2-6 Kohlenstoffatomen oder gegebenenfalls partiell alkylierte Polyalkylenoxyverbindungen mit einem Molekulargewicht bis zu 40000 bedeuten.
    [0010] mit einer, bezogen auf -(X)n, mindestens äquimolaren
    [0011] Menge eines ersten Nucleosids oder Nucleotids N1 ,
    [0012] b) Abtrennung und Reinigung sowie gegebenenfalls Phosphorylierung der in Stufe a erhaltenen Verbindung der allgemeinen Formel II
    [0013] Sp(X-N1)n (II)
    [0014] c) Umsetzung der in Stufe b erhaltenen Verbindung II mit einer, bezogen auf -(X-N1)n, mindestens äquimolaren Menge eines zweiten Nucleosids oder Nucleotids N2, d) Abtrennung und Reinigung sowie gegebenenfalls Phosphorylierung der in Stufe c erhaltenen Verbindung der allgemeinen Formel III
    [0015] Sp(X-N1-N2)n (III)
    [0016] sowie
    [0017] e) gegebenenfalls weiteren aufeinanderfolgenden Verknüpfungs- und Reinigungs- sowie gegebenenfalls Phosphorylierungsschritten unter Bildung der Oligonucleotidverbindung der allgemeinen Formel IV
    [0018] Sp(X -N1-N2.. .Nm)n' (IV)
    [0019] in der n' eine ganze Zahl von 3-50 ist, sowie
    [0020] f) anschließende Freisetzung der Oligonucleotide der allgemeinen Formel V
    [0021] N1-N2...Nm (V)
    [0022] wobei m wie oben definiert ist.
    [0023] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung werden Trägermoleküle der allgemeinen Formel I eingesetzt, bei denen die Gruppen X mit den 3' - oder 5' - Hydroxygruppen eines Nucleosids, Nucleotids oder Oligonucleotids eine Silylether-, Tritylether- oder Esterbindung ausbilden können.
    [0024] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet man als Trägermolekül eine Verbindung, in der die Gruppe Sp eine Alkylen- bzw. Polyalkylengruppe mit 2-10 Kohlenstoffatomen ist.
    [0025] Beispiele für die in der Nucleotidchemie übliche reaktive Gruppe X sind in Liebigs Ann. Chem. 1978, 839-853, sowie in Nucleic Acids Research, Symposium Series No. 7, 1980, 39-59, beschrieben. Typische Beispiele sind unter anderem die folgenden:
    [0026] 1. Säurehalogenide, insbesondere Säurechloride und Säurebromide.
    [0027] 2. Carbonsäurefunktionen, die z. B. in Gegenwart von Kondensationsmitteln mit 5'-OH-Gruppen reagieren können;
    [0028] weiterhin können sie gemäß folgendem Reaktionsschema in aktivierte Tritylchloridderivate überführt werden:
    [0029]
    wobei Y=OH, SH oder NH2 sein kann; 3. Aktivierte Esterfunktionen der allgemeinen Formel -COOR'
    [0030] 4. OH-, SH- und NH2-Gruppen.
    [0031] Trägermoleküle der allgemeinen Formel Sp(OH)n bzw. die entsprechenden Thio- und Aminoderivate werden nur dann direkt in dem Verfahren der Erfindung eingesetzt, wenn sie mit reaktiven Carboxylfunktionen reagieren sollen. Normalerweise werden sie jedoch in Form aktivierter Verbindungen eingesetzt, die z. B. in folgender Weise erhalten werden können.
    [0032] a) Mit Dicarbonsäureanhydriden, z. B. Bernstein- oder Adipinsäureanhydrid gemäß dem Reaktionsschema
    [0033]
    [0034] b) mit Tritylderivaten gemäß dem Reaktionsschema
    [0035]
    [0036] Diese Reaktion kann in Gegenwart eines Kondensationsmittels oder nach Überführung der Säurefunktion in eine Säurechloridfunktion erfolgen.
    [0037] c) Mit Dichlorsiloxanen gemäß dem allgemeinen Schema
    [0038]
    wobei A Alkylen, Arylen, -O- oder eine Kombination dieser Gruppen und Z Halogen ist.
    [0039] d) mit Hydroxy-substituierten Tritylderivaten unter
    [0040] Bildung von Trityletherderivaten, z. B. der allgemeinen Formel
    [0041]
    [0042] Bei der Verwendung der entsprechenden Thio- oder Amino- Derivate entstehen die entsprechenden S- bzw. N-Verbindungen.
    [0043] Für die Auswahl der Gruppe Sp ist wesentlich, daß insbesondere das Trägermolekül Sp (X)n und seine im Verlauf der Oligonucleotidsynthese der Erfindung erhaltenen Derivate in dem jeweils verwendeten Reaktionsmedium löslich und chromatografierbar sind. Typische Vertreter sind z. B. die folgenden:
    [0044] Polyalkylengruppen, gegebenenfalls verzweigt, mit 2-10 Kohlenstoffatomen;
    [0045] Arylengruppen, z. B. 1,4-Phenylengruppen,
    [0046] Polyarylengruppen, z. B. 4,4'-Diphenylen- oder 4,4'-Diphenylmethangruppen,
    [0047] Polyaralkylengruppen, z. B. abgeleitet von Polystyrol mit einem Molekulargewicht von bis zu 10000 entsprechend bis zu
    [0048] 100 Styroleinheiten,
    [0049] Polyester, z. B. Terephthalsäurederivate mit Molekulargewichten bis zu 40000, einschließlich nicht-linearer Polyester, soweit dies die Löslichkeit zuläßt,
    [0050] Polysiloxane mit Molekulargewichten bis zu 40000,
    [0051] Polyamide mit Molekulargewichten bis zu 40000, Polyalkylenoxyverbindungen, z. B. Di- oder Triethylenglykole; verzweigte Polyalkylenoxyverbindungen können partiell alkyliert sein, so daß 2-4 freie OH-Gruppen für Reaktionen zur Verfügung stehen,
    [0052] Alkylendioxyverbindungen mit vorzugsweise 2-6 Kohlenstoffatomen, z. B. 1,4-Butandiol,
    [0053] sowie verzweigte Polyalkylenoxyverbindungen, z. B. Pentaerythrol.
    [0054] Die Gruppen N1 , N2...Nm bedeuten jeweils übliche Nucleotide,
    [0055] Nucleoside oder Oligonucleotide, die gegebenenfalls in geschützter Form eingesetzt bzw. im Verlauf der Synthese erhalten werden; typische Beispiele für derartige Schutzgruppen sind aus Tetrahedron 1981, Seite 363-369, Liebigs Ann. Chem. 1978, 839-853, sowie Nucleic Acids Research, Symposium Series No. 7, 1980, 39-59, ersichtlich.
    [0056] Das Verfahren der Erfindung wird im folgenden näher erläutert, wobei auf die ReaktionsSchemen Bezug genommen wird. Kern des Verfahrens der Erfindung ist eine Synthesestrategie, die es ermöglicht, vorzugsweise das gewünschte Kondensationsprodukt von Ausgangs- und Nebenprodukten abtrennen zu können. Dies geschieht durch die Verwendung eines Trägermoleküls Sp als "purification handle", das über 2-4 funktioneile Gruppen verfügt, an denen im Verlauf des Verfahrens mehrere Oligo- nucleotidsynthesen gleichzeitig verlaufen. In den Reaktionsschemen bedeuten:
    [0057] X = funktioneile Gruppe
    [0058] Sp = Trägermolekül bzw. Molekülteil N 1 ,N2... = Nucleotidbausteine
    [0059] R1 = H,OCH3 R2 = z. B. 4-Nitrophenyl, Pentachlorphenyl,
    [0060] R3 = H,OH oder geschütztes OH
    [0061] R4 = eine permanente Phosphatschutzgruppe, z. B. 2-Chlorphenyl-,
    [0062] R5 = eine temporäre Phosphatschutzgruppe, z. B. 2-Cyanethyl, 2,2,2-Trichlorethyl,
    [0063] R6 = Trityl, 4-Monomethoxytrityl, 4,4-Dimethoxytrityl,
    [0064] R7 = Alkyl (mit 1-20 Kohlenstoffatomen), Aryl, Aralkyl,
    [0065] Cycloalkyl, weiterhin 2-Cyanethyl, 2,2,2-Trichlorethyl,
    [0066] R8 = Acyl, insbesondere Acetyl, Laevolinyl-, ß-Benzoylpropionyl,
    [0067] Aroyl, insbesondere Benzoyl, weiterhin o-Nitrobenzyl, Tetrahydropyranyl, Met oxytetrahydropyranyl, t-Butyldiphenylsilyl und dergleichen w = Halogen, insbesondere Chlor oder Brom, Cyan,
    [0068] Z = Halogen, insbesondere Chlor oder Brom, Cyan, N(R7)2, insbesondere Dimethylamino; Triazolyl, Tetrazolyl, 3-Nitro- 1,2,4-Triazolyl,
    [0069] B = Nucleobase oder Analoga
    [0070] Das Schema 1 zeigt allgemein ein Beispiel für ein bifunktionelles Trägermolekül der allgemeinen Formel I. Das unter Verwendung dieses Trägermoleküls durchgeführte Verfahren der Erfindung ergibt ein Kondensationsprodukt, das sich bei fortschreitender Kettenlänge in steigendem Maße von den niedermolekularen Nucleotidkomponenten und Nebenprodukten der Kondensationsreaktion im Molekulargewicht unterscheidet. Dies ermöglicht eine schonende Chromatografie unter Ausnutzung der unterschiedlichen Molekülgrößen. Als Chromatografiematerialien kommen Molekularsiebe, z. B. auf Dextran- oder Polyamidbasis infrage. Da das gewünschte Produkt über das höchste Molekulargewicht verfügt, befindet es sich im Ausschlußvolumen und wird daher als erstes Produkt von der Chromatografiesäule eluieren, d. h. es wird zuerst und damit mit geringstem Zeitaufwand gewonnen. Da reversible Adsorptionserscheinungen zwischen Oligonucleotiden und Dex- tranen bzw. Polyamiden im Gegensatz zu Kieselgel nicht bekannt sind, ist auch der sonst übliche Verlust während der Chromatografie zu vernachlässigen.
    [0071] Das Schema 2 gibt zwei prinzipielle Möglichkeiten wieder, ein bifunktionelles Trägermolekül mit den jeweils ersten Nucleotidbausteinen zu verbinden. Typ A zeigt zwei über das Trägermolekül miteinander verbrückte Tritylchloridgruppen, Typ B zeigt zwei über das Trägermolekül verbrückte Carboxylgruppen. Die Verwendung der Trägermoleküle vom Typ A oder Typ B hängt von der einzuschlagenden Oligonucleotidsynthesestrategie ab und wird im folgenden anhand der Raktionssehernen 3-8 näher erläutert.
    [0072] Schema 3 zeigt die Synthese eines Oligonucleotids nach der Triesterkonzeption unter Verwendung des Trägermoleküls vom Typ A. Das makromolekulare Tritylchlorid wird mit einem Nucleosid-3'-phosphorsäuretriester umgesetzt, wobei R4 in der Regel 2- oder 4-Chlorphenyl und R5 2-Cyanethyl oder 2,2,2-Trichlorethyl ist. Nach der Tritylierung erfolgt die Abspaltung der temporären Phosphatschutzgruppe R5, und zwar im Falle von 2-Cyanethyl durch Umsetzung mit Triethylamin/Pyridin oder im Falle von 2,2,2-Trichlorethyl mit Acetylaceton/Zink, Tri-isopropylbenzolsulfonsäure oder Toluolsulfonsäure / Zink oder vorzugsweise mit Zink/Coreagens, wobei erfahrungsgemäß Anthranilsäure, Pyridin-2-carbonsäure, Dithioerithrol oder Dithiothreitol
    [0073] eingesetzt werden können. Eine Kettenverlängerung erfolgt dann mit dem erhaltenen Diester als Phosphatkomponente und mit einem Nucleosid-3'-Triester als OH-Komponente unter Verwendung von Kondensationsmitteln wie z. B. Mesitylensulfonyl -3-nitro-1,2,4-triazol (MSNT) . Das erhaltene voll geschützte Produkt wird über Molekularsiebchromatografie gereinigt; anschließend wird die Schutzgruppe R5 abgespalten und ein erneuter Kettenverlängerungsschritt angeschlossen.
    [0074] Die Verwendung des Trägermoleküls vom Typ B in der Triestersynthese wird in Schema 4 gezeigt. Das Nucleosid wird über die 3 ' -OH-Gruppe in diesem Falle esterartig an das Spacermolekül angekoppelt und dient als OH-Komponente. Diese wird mit einem 5' -tritylierten 3'-Nucleosid-diester unter Verwendung eines Kondensationsmittels, z. B. MSNT, zum voll geschützten Oligotriester umgesetzt. Es erfolgt eine Reinigung über Molekularsiebchromatografie und Abspaltung der 5'-Tritylgruppe entweder durch Verwendung einer Protonsäure oder einer Lewis-Säure wie ZnBr2 oder Dialkylaluminiumchlorid.
    [0075] Schema 5 zeigt die Verwendung des Trägermoleküls vom Typ A auf die Phosphit-Triestersynthese. Die Kettenverlängerung wird eingeleitet, indem das an das Trägermolekül gebundene Nucleosid in der 3'-OH-Gruppe mit einem geschützten aktivierten Phosphit im ersten Schritt umgesetzt und im zweiten Schritt die verbliebene aktivierte Funktion mit der 5' -OH-Gruppe mit dem zweiten Nucleosid reagiert. Es folgt nun die Einführung von O, S oder Se, Umsetzung noch vorhandener 3' -OH-Gruppen durch Reaktion mit beispielsweise Essigsäureanhydrid oder Phenylisocyanat und anschließend, falls erforderlich, Abspaltung von R8. Die Verwendung einer 3'-OH-Schutzgruppe (R8) kann bei geeigneter Reaktionsführung entfallen, da die Regioselektivität die primäre OH-Gruppe stark begünstigt. Weitere Kettenverlängerungsschritte können sich anschließen.
    [0076] Schema 6 gibt ein Beispiel für die Verwendung des Trägermoleküls vom Typ B in der Phosphit-Triestersynthese wieder. Hier wird das Nucleosid über die 3'-OH-Gruppe an dem Trägermolekül verankert, so daß die 5'-OH-Gruppe für eine Kettenverlängerung zur Verfügung steht. Die Kettenverlängerung wird eingeleitet durch Umsetzung mit einem 5'-tritylierten Nucleosidmonochloridit. Nach Koppelung der beiden Nucleoside erfolgt die Einführung von O, S oder Se, die Umsetzung noch vorhandener 5'-OH-Gruppen durch Reaktion mit beispielsweise Essigsäureanhydrid oder Phenylisocyanat und die Detritylierung mit Hilfe einer Protonsäure oder einer Lewis-Säure wie ZnBr2 oder Dialkylaluminiumchlorid. Weitere Kettenverlängerungsschritte können sich anschließen.
    [0077] Die Synthese von Oligophosphonaten unter Verwendung eines Trägermoleküls vom Typ A wird in Schema 7, die eines Trägermoleküls vom Typ B in Schema 8 beispielhaft wiedergegeben.
    [0078] Das Verfahren der Erfindung wird im folgenden anhand der Synthese der Oligonucleotide d(TTTATT) und d(TTTATTCCT) näher erläutert. Die bei diesen Beispielen angewendete Synthesestrategie ergibt sich aus dem Schema 9; aus diesem Schema ist auch die Zusammensetzung der Ausgangs- und Zwischenprodukte ersichtlich. Eine Übersicht über weitere Verfahrensmerkmale der Kondensationsreaktionen gemäß den Beispielen ergibt sich aus Tabelle 1. In Schema 9 wird anstelle der Abkürzung Sp für das Trägermolekül die Abkürzung LPC ("liquid phase carrier") verwendet.
    [0079] Ausführungsbeispiele
    [0080] Synthese der Oligodesoxynucleotide d(TTTAT) und d(TTTATTCCT) an einem LPC-Träger
    [0081] 1. Darstellung des "liquid phase carrier" (LPC)
    [0082] 1.1 Korksäurebrücke , über eine Esterbindung an Tritylgruppen verankert
    [0083] 1.1.1 Tritylierung
    [0084] 1.2 Korksäurebrücke, über eine Esterbindung an Dimethoxytritylgruppen verankert
    [0085] 1.2.1 Tritylierung
    [0086] 2. Elongationszyklus
    [0087] 2.1 Abspaltung der 3'-terminalen Trichlorethyl-Gruppe
    [0088] 2.2 Kondensationsreaktion mit Mono- oder Dimer-OH- Komponente
    [0089] 2.3 Gelfiltration an Sephadex LH 20
    [0090] 3. Entschützungsreaktionen
    [0091] 3.1 Oximat
    [0092] 3.2 Konz. NH3
    [0093] 3.3 80 % CH3COOH
    [0094] 4. Anionenaustauschchromatografie an DEAE-Cellulose
    [0095] 5. Sequenzierung 1.1 Darstellung von Dicarbonsäureestern (2a) aus Suberylchlorid (1a)
    [0096] 10 mMol des Alkohols (1a) in 20 ml Pyridin werden mit etwa 0,4 mMol des Suberylchlorids vorsichtig unter Eiskühlung und Rühren versetzt. Dann wird der Ansatz über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Anschließend wird er in Eiswasser gegossen und mit gesättigter Hydrogencarbonatlösung (1:1) versetzt. Nach dreimaliger Extraktion mit 50 ml CHCl3 wird die gesammelte CHCl3-Phase mit Na2SO4 getrocknet, filtriert und eingeengt. Endreinigung auf Kieselgel 60 H. Die Elution erfolgte mit reinem CHCl3. Nach Einengung der das gewünschte Produkt enthaltenden Fraktionen erfolgte Fällung in Petrol- ether. Ausbeute: 70 %. Schmp. 127° C.
    [0097] Elementaranalyse berechnet: C 79.97 gefunden: 79.04
    [0098] H 6.13 6.22
    [0099] PMR/CD3=D/ 1.38/Multiplett, 4 H, 4,4'-H 5,5'-H/, 1.71/Multiρlett, 4 H, 3,3'-H 6,6'-H/, 2.49/t, 4 H, 2,2'-H 7,7'-H/, 6.86-7.26/Multiplett, 28 Trityl H/.
    [0100] IR/KBr/: 1740 cm-1: -O-C=O; 3550 cm-1: -C-OH.
    [0101] Herstellung des Tritylchlorids 3a durch Kochen von 2a in Toluol/Acetylchlorid
    [0102] Zur Suspension von 3.168 mMol (2a) in 66 ml wasserfreiem Toluol wurde 1 ml frisch destilliertes Acetylchlorid gegeben und 6 Std. unter Rückfluß gekocht, wobei man nach 1 Std. nochmals 1,5 ml Acetylchlorid zusetzte. Der Ansatz wird im Wasserstrahlvakuum eingeengt. Der Rückstand wird in 40 ml Essigester aufgenommen und unter Rückfluß gekocht sowie zur langsamen Kristallisation stehengelassen. Die Kristalle werden filtriert und mit Ethylether gewaschen. Ausbeute: 90 % Schmp. 145° C.
    [0103] Elementaranalyse: berechnet: C 75.92 % gefunden: 76.33 %
    [0104] H 5.54 % 5.80 %
    [0105] Hydrolysierbares Cl 9.74 % 9.72 %
    [0106] 1.1.1 Darstellung von voll geschützten "monomeren-LPC- Derivaten" (5a) - Tritylierung von Thymidin 3'- (2-chlorophenyl-2,2,2-trichloroethyl)-phosphat (4)
    [0107] 2.75 mMol Tdp(te) (4) werden in 5 ml absolutem Pyridin gelöst, eingeengt und nochmals in 3 ml abs. Pyridin gelöst. 1.16 mMol des Diohlorids (3a) werden in 4 ml abs. Pyridin gelöst und zur Lösung 4 gegeben. Dann wird der Ansatz 3,5 Std. im Ölbad auf 100° C erhitzt und dünnschichtchromatografisch im Laufmittel CHCl3/MeOH (95:5) verfolgt. Die Reaktion wird durch Zugabe von EtOH abgebrochen, mehrmals mit Toluol/CHCl3 (3:7) eingeengt und schonend im Wasserstrahl- und Hochvakuum bei 30° C zu einem Schaum oder Sirup eingeengt. Die Endreinigung erfolgt durch Chromatografie mit 50 g Kieselgel pro Gramm zu reinigenden Materials. Elution mit CHCl3, enthaltend 0-5 % MeOH. Die so gereinigte Substanz wird nach Einengen in 5 ml Dioxan gelöst und gefriergetrocknet. Ausbeute: 44 %.
    [0108] 1.2 Darstellung von 3-Hydroxy-4,4-dimethoxytriphenylcarbinol (1b)
    [0109] A. Darstellung der Grignard-Verbindung
    [0110] In einem 2-1-Dreihalskolben mit Tropftrichter. Rührer und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr werden 2 Mol Magnesiumspäne mit 200 ml THF (absolut) übergössen und mit etwa einem Zwanzigstel von insgesamt 2 Mol (12,5 ml) Arylhalogenid (4-Bromanisol) unter Rühren versetzt.
    [0111] Das Anspringen der Reaktion bemerkt man an dem Auftreten einer leichten Trübung und Erwärmung des Ethers. Sollte die Reaktion nicht einsetzen, gibt man zum Reaktionsgemisch 0,5 ml Brom oder einige Tropfen Tetrachlorkohlenstoff und erwärmt leicht. Nach dem Anspringen wird das restliche Arylhalogenid gelöst (235 ml 4-Bromanisol in 500 ml THF) und unter weiterem Rühren so zugetropft, daß der Ether gelinde siedet. Wird die Reaktion zu heftig, so kühlt man den Kolben mit Wasser. Gegen Ende des Eintropfens wird auf einem Wasserbad zum geringen Sieden erhitzt, bis praktisch alles Magnesium gelöst ist (etwa 30 Minuten).
    [0112] B. Umsetzung der Grignard-Verbindung mit dem Carbonsäureester
    [0113] In die Grignard-Reagens-Lösung aus 2.0 Mol Halogenid (4-Bromanisol) tropft man unter Rühren 0,6 Mol 3-Hydroxybenzoesäuremethylester in 200 ml absolutem THF zu. Nach beendeter Zugabe erhitzt man unter Rühren noch 2 Std., kühlt ab, hydrolisiert durch Zugabe von 100-150 g zerstoßenem Eis und gibt anschliessend so viel halbkonzentrierte Salzsäure zu, daß sich der entstandene Niederschlag gerade löst. Danach wird die Reaktionsmischung 3 mal mit 300 ml Ethylether ausgeschüttelt. Die etherische Schicht wird abgetrennt und die wäßrige Phase noch zweimal mit Ether extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden mit gesättigter Hydrogencarbonatlösung und wenig Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über Natriumsulfat destilliert man den Ether ab. Dünnschichtchromatografie (DC) im Laufmittel CHCl3/MeOH (95:5) zeigte das gewünschte und ein schneller laufendes, an der 3-OH-Gruppe verestertes Produkt. Der Ansatz wurde daher in 200 ml Pyridin aufgenommen, mit 400 ml konzentriertem NH3 versetzt und die Suspension unter Rühren über Nacht stehengelassen, eingeengt (Hochvakuum) und in Pyridin aufgenommen (370 ml). Diese Lösung wird für den nächsten Schritt benutzt.
    [0114] Darstellung von Dicarbonsäureestern ( 2b ) aus Suberylchlorid und (1b)
    [0115] 0,28 Mol ( 1b) , gelöst in 205 ml Pyridin, werden im Hochvakuum eingeengt, mit etwa 0,112 Mol des Suberylchlorids in 105 ml Pyridin vorsichtig unter Eiskühlung und Rühren versetzt. Dann wird der Ansatz über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen, im Hochvakuum (Ölpumpe) eingeengt und in 200 ml CHCl3 aufgenommen. Nach dreimaliger Extraktion mit 150 ml gesättigter NaHCO3/H2O (1:1) wird die CHCl3-Phase mit Na2SO4 getrocknet, filtriert und eingeengt. Endreinigung erfolgt durch Kieselgelchromatografie. Elution mit reinem CHCl3. Die das gewünschte Produkt enthaltenden Fraktionen werden direkt weiterverarbeitet.
    [0116] Darstellung des Tritylchlorids 3b durch Kochen von 2b in Toluol/Acetylchlorid
    [0117] Zur Suspension von 5 mMol (2b) in 40 ml wasserfreiem Toluol werden 10 ml Acetylchlorid gegeben und 4,5 Std. unter Rückfluß gekocht, wobei man nach 1 Std. nochmals 5 ml Acetylchlorid zusetzt. Der Ansatz wird im Wasserstrahlvakuum eingeengt, in Essigester aufgenommen und bei Oº C aufbewahrt. 1.2.1 Darstellung von voll geschützten "monomeren-LPC- Derivaten" (5b) - Tritylierung von 4 und 3b in Gegenwart von Molekularsiebpulver
    [0118] 5 mMol des zu tritylierenden Td-Derivates (4) werden in 8,5 ml Pyridin gelöst, eingeengt und nochmals in 4,0 ml Pyridin gelöst. Danach werden 20 ml CH2Cl2 zugesetzt.
    [0119] Nach Zugabe von 6 g frisch aktiviertem gepulverten Molekularsieb (4 Å) , 30 Minuten Rühren und Zugabe von 2,5 mMol (2b) in 3,5 ml Pyridin wird das Reaktionsgemisch über Nacht gerührt und dünnschichtchromatografisch im Laufmittel CHCl3/MeOH (95:5) untersucht.
    [0120] Die Reaktion wird durch Zugabe von 10 ml EtOH abgebrochen, vom Molekularsieb abfiltriert, mit CHCl3 nachgewaschen, das Filtrat zweimal mit 50 ml H2O gewaschen, die CHCl3-Phase mit Na2SO4 getrocknet, filtriert und schonend im Wasserstrahl- und Hochvakuum bei 30° C zum Schaum oder Sirup eingeengt.
    [0121] Endreinigung erfolgt durch Kieseigelchromatografie mit 50 g Kieselgel pro Gramm zu reinigenden Materials. Elution mit CHCl3, enthaltend 2 % MeOH. Die so gereinigte Substanz wird nach Einengen des Lösungsmittels in Dioxan gelöst und gefriergetrocknet. Ausbeute: 71 %.
    [0122] 2. Elongationszyklus
    [0123] 2.1 Abspaltung der 3'-terminalen Trichloroethyl-Gruppe
    [0124] Pro mMol Triester in 15-20 ml Pyridin werden nacheinander unter magnetischem Rühren Anthranilsäure (10 Equiv.) und aktiviertes Zinkpulver (10 Equiv.) zugegeben. Die Reaktion wird dünnschichtchromatografisch im Laufmittel CHCl3/MeOH (9:1) und (6:4) verfolgt. Nach 30 Minuten erfolgt Zugabe einer Mischung von H2O/Triethylamin/Pyridin (0,3/0,625/1). Nach weiteren 10 Minuten Rühren wird über eine Glasfritte direkt in einen Scheidetrichter mit 125 ml gesättigter NaHCO3-Lösung vom Zink abfiltriert, mit 10 ml Pyridin nachgewaschen, viermal mit 50 ml Chloroform extrahiert, die organische Phase gesammelt und dreimal mit 50 ml gesättigter NaHCO3-Lösung gewaschen. Nach Reextraktion der wäßrigen Phase mit 50 ml Chloroform wird die organische Phase mit Na2SO4 getrocknet, filtriert und eingeengt.
    [0125] Bei der Verbindung (5b) erfolgt die Endreinigung auf RP 2-
    [0126] Säule mit dem Elutionsmittel MeOH/H2O (8:2).
    [0127] Bei den größeren Molekülen wird der gereinigte LPC-Oligonucleotid-3'-phosphorsäurediester direkt zur Kondensation eingesetzt.
    [0128] 2.2 Kondensationsreaktion mit monomeren oder dimeren OH-Komponenten
    [0129] OH-Komponenten (dreifacher Überschuß über LPC-Phosphatkomponente) und LPC-Phosphatkomponenten werden zwecks azeotroper Trocknung mit je 10 ml Pyridin pro mMol Phosphatkomponente zweimal zum Schaum und einmal bis zum ca. halben Volumen koevaporiert, mit 4,5-5 Äquivalenten 1-(Mesitylen-2-sulfonyl)-3-nitro-1,2,4-triazol (MSNT) versetzt und unter DC-Kontrolle 1-5 Std., abhängig von der Kettenlänge, magnetisch gerührt. Zum Reaktionsabbruch wird der Ansatz mit 1 , 5 ml gesättigter NaHCO3-Lösung versetzt und mit 50 ml CHCl3 in einen Scheidetrichter mit 75 ml gesättigter NaHCO3-Lösung überführt. Nach sechsmaliger Extraktion mit je 30 ml CHCl3 wird die gesammelte CHCl3-Phase mit Na2SO4 getrocknet, filtriet und eingeengt. Endreinigung auf Sephadex LH 20.
    [0130] 2.3 Gelfiltration an Sephadex LH 20
    [0131] Die Endreinigung der Reaktionsmischung nach der Kondensationsreaktion erfolgt an Sephadex LH 20 mit dem Laufmittel CHCl3/EtOH (7:3). Es wird eine Säule mit 63 x 3,6 cm (640 cm3, Ausschlußvolumen 200 ml) benutzt. Durchflußgeschwindigkeit 120 ml/Std., Fraktionen zu je 2 ml.
    [0132] Die Bestandteile der Kondensationsreaktionsmischung werden in folgender Reihenfolge eluiert: Kondensationsprodukte (Fraktionen 1-20), unreagierte Phosphatkomponente (15-35), sulfonylierte OH-Komponente (30-50), unreagierte OH-Komponente (40-75).
    [0133] Nur bei den längeren Ketten, wo relativ große LPC-Phosphatkomponenten zur Kondensationsreaktion eingesetzt wurden, kann gelegentlich ein überlappen zwischen unreagierten LPC-Phosphatkomponenten und Kondensationsprodukten beobachtet werden. In diesen Fällen erfolgte Filtration über eine sehr dünne Schicht von Kieselgel, 60 H (Merck).
    [0134] 3. Entschützungsreaktionen
    [0135] Hexamer TTTATT wird nach Sephadex LH 20-Chromatografie über Kieselgel filtriert.
    [0136] Nonamer TTTATTCCT wird nach Sephadex LH 20-Chromatografie dünnschichtchromatografisch an RP-18 im Laufmittel Aceton/H2O (75:25) gereinigt. 3.1 Abspaltung der Phosphatschutzgruppen mit Oximat
    [0137] Das gereinigte Material wird in 200 μl Dioxan gelöst und mit 0.2 mMol Pyridin-2-carboxaldoxim (24,4 mg), 0.2 mMol Tetra- methylguanidin (25 μl) sowie 200 μl Wasser versetzt. Nach 24 Std. erfolgt eine Zugabe von weiteren 0.2 mMol Tetramethylguanidin und weitere 26 Std. Reaktionszeit bei Raumtemperatur.
    [0138] 3.2 Abspaltung der N- und O-Schutzgruppen mit konz . NH3
    [0139] Anschließend wird das Gemisch mit 0.85 ml konz. wäßrigem NH3 versetzt, die erhaltene homogene Lösung dicht verschlossen, 24 Std. auf 50° C gehalten und unter schonenden Bedingungen eingeengt.
    [0140] 3.3 Spaltung der Trityletherbindung mit 80 % CH3COOH
    [0141] Das so erhaltene Material wird in 1 ml 80 % Essigsäure aufgenommen und 2,5 Std. auf Raumtemperatur gehalten. Danach erfolgt Einengen durch Gefriertrocknung, Lösung in 400 μl H2O und Extraktion mit CHCl3. Die wäßrige Phase wird mit NH3 neutralisiert. Die so erhaltene Mischung wird mit 10 ml 25 mMol Tris-HCl Puffer (pH 7.5)/7 M Harnstoff verdünnt. Die Endreinigung erfolgt durch DEAE-Cellulose/Anionenaustauschchromatografie.
    [0142] 4. Anionenaustauschchromatografie an DEAE-Cellulose
    [0143] Das entschützte Material wird aus verdünnter Lösung auf eine mit 25 mMol Tris-HCl Puffer (pH 7.5) /7 M Harnstoff äquilibierte DEAE-Cellulosesäule (12 cm lang, 21 cm3 Inhalt) aufgezogen. Danach erfolgt gründliches Waschen mit 50 mM NaCl im gleichen Puffer und Elution mit einem lonenstärkegradienten von 50 mMol bis 500 mMol NaCl, ebenfalls im gleichen Puffer. Das Hexanucleotid wird bei einer NaCl-Konzentration von ca. 0.225 mMol NaCl eluiert. Das Nonanucleotid wurde bei einer NaCl-Konzentration von ca. 0.285 mMol NaCl eluiert.
    [0144] 5. Sequenzanalyse
    [0145] Die dann durchgeführte Sequenzanalyse wurde nach der "mobility shift method" durchgeführt.
    [0146] Literatur:
    [0147] F. Sanger et al., PNAS 70, 1209 (1973).
    [0148] E. Jay et al., NAR 1, 331-52 (1974).
    [0149] H. Blöcker and H. Köster, Liebigs Ann. Chem. T978, 982-90. .
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung von Oligonucleotiden durch aufeinanderfolgende Verknüpfung einzelner oder mehrerer Nucleosid - und/oder Nucleotideinheiten in homogener Phase, wobei nach jedem Verknüpfungsschritt eine chromatografische Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt, gekennzeichnet durch die folgenden Reaktionsschritte:
    a) Umsetzung eines polyfunktionellen, in dem jeweiligen Reaktionsgemisch löslichen Trägermoleküls der allgemeinen Formel I
    Sp(X)n (I)
    in der n eine ganze Zahl von 2-4,
    X eine nucleotidchemisch verträgliche reaktive Gruppe und
    Sp eine gegebenenfalls verzweigte Alkylen- oder Polyalkylengruppe mit 1-30 Kohlenstoffatomen, eine Arylen- bzw. Polyarylengruppe mit 1-10 Arylgruppen, eine Polyaralkylengruppe mit 1-10 Arylgruppen, eine Polyaralkylengruppe mit 2-100 Aralkyleneinheiten, Polyester, Polysiloxane oder Polyamide mit einem Molekulargewicht bis zu 40000, gegebenenfalls verzweigte Alkylendioxyverbindungen mit 2-6 Kohlenstoffatomen oder gegebenenfalls partiell alkylierte Polyalkylenoxyverbindungen mit einem Molekulargewicht bis zu 40000 bedeuten.
    mit einer, bezogen auf -(X)n , mindestens äquimolaren
    Menge eines ersten Nucleosids oder Nucleotids N1 ,
    b) Abtrennung und Reinigung sowie gegebenenfalls Phosphory lierung der in Stufe a erhaltenen Verbindung der allgemeinen Formel II
    Sp(X-N1)n (II)
    c) Umsetzung der in Stufe b erhaltenen Verbindung II mit einer, bezogen auf -(X-N1)n, mindestens äquimolaren Menge eines zweiten Nucleosids oder Nucleotids N2, d) Abtrennung und Reinigung sowie gegebenenfalls Phosphorylierung der in Stufe c erhaltenen Verbindung der allgemeinen Formel III
    Sp(X-N1-N2)n (III)
    sowie
    e) gegebenenfalls weiteren aufeinanderfolgenden Verknüpfungsund Reinigungs- sowie gegebenenfalls Phosphorylierungsschritten unter Bildung der Oligonucleotidverbindung der allgemeinen Formel IV
    Sp(X-N1-N2.. .Nm)n' (IV)
    in der n eine ganze Zahl von 3-50 ist, sowie
    f) anschließende Freisetzung der Oligonucleotide der allgemeinen Formel V
    N1 -N2...Nm (V)
    wobei m wie oben definiert ist .
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe X mit 3'- oder 5' -Hydroxygruppen eines Nucleosids, Nucleotids oder Oligonucleotids eine Silylether-, Tritylether- oder Esterbindung ausbilden kann.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe Sp eine Alkylen- bzw. Polyalkylengrupper mit 2-10 Kohlenstoffatomen ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-05-10| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1984-05-10| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
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