WO1996004294A1 - Nucleic acid to initiate the activity of ribonuclease h or reverse transcriptase - Google Patents

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WO1996004294A1
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trna
lys3
reverse transcriptase
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PCT/EP1995/003059
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Michael STÜRZL
Matthias GÖTTE
Hermann Heumann
Wolfgang Brysch
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MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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    • C12N2310/353Nature of the modification linked to the nucleic acid via an atom other than carbon
    • C12N2310/3531Hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a nucleic acid for the initiation of the activity of RNase H or reverse transcriptase, a method for producing such a nucleic acid and the use thereof.
  • AIDS acquired immunodeficiency syndrome
  • Retroviruses are therefore studied intensively. They have an RNA genome that is translated into a DNA molecule. As such, they integrate into the DNA of infected cells. The integrated DNA acts as a template for the synthesis of viral mRNA. RNA is translated into DNA by a retroviral enzyme called reverse transcriptase (RT). This enzyme requires a primer that binds to a specific location on the viral RNA, the primer binding site (PBS). One such primer is the cellular tRNA Lv ⁇ 3 . This is packaged (selected) in the viral capsid during the maturation of the virus particles. This ensures the initiation of the translation of RNA into DNA.
  • RT reverse transcriptase
  • the reverse transcriptase synthesizes a DNA strand complementary to the RNA on the primer and simultaneously degrades the transcribed RNA strand with its RNase H activity. A DNA double strand is then formed by the DNA-dependent polymerase activity of the reverse transcriptase.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a means with which the replication of retroviruses can be inhibited.
  • the present invention is based on the idea of using the activity of an RNase H or a reverse transcriptase to inhibit retroviral replication.
  • RNase H is an enzyme of the cell as well as the virus, especially the retrovirus. In the latter case, RNase H is associated with reverse transcriptase.
  • the term "RNase H” used in the claims includes such an above enzyme.
  • An RNase H has the activity of degrading the RNA in an RNA / DNA hybrid.
  • RNA can be of any type and of any origin. It is preferably cellular or viral RNA, particularly preferably retroviral and very particularly preferably an RNA comprising the primer binding site or parts thereof. Cellular tRNA Lvs3 is also particularly preferred and that part of this tRNA which binds to the primer binding site is very particularly preferred.
  • the above DNA sequence is intended to degrade the complementary RNA through the activity of an RNase H. For example, the former is degraded with a DNA sequence that is complementary to the primer binding site.
  • a reverse transcriptase is a retroviral enzyme that translates RNA into DNA.
  • the reverse transcriptase requires the binding of an RNA primer to the primer binding site.
  • One such RNA primer is the cellular tRNA Lvs3 .
  • Recent investigations indicate that an RNA / RNA or RNA / DNA complex is essential for the initiation of the activity of a reverse transcriptase, the nucleotide sequence being of little importance.
  • RNA sequence which binds to a site different from the primer binding site.
  • the RNA sequence preferably comprises 18 nucleotides. Furthermore, a conserved site in the retroviral RNA is preferred as the site to be bound.
  • the RNA sequence is intended to redirect the natural initiation site of the reverse transcription to one or more artificial sites.
  • the RNA / DNA hybrids initiated there are subjected to the RNase H associated with the reverse transcriptase. An uncontrolled arises
  • the above nucleic acids preferably have structural elements which allow colocalization of the nucleic acids with the RNA to be bound, that is to say packaging both into the retroviral capsid.
  • Such structural elements can be cellular tRNA molecules that are selected specifically for the virus. HIV selects tRNA Lys ⁇ tRNA Lys2 , tRNA ,, e and tRNA Lvs3 . These tRNA molecules and parts thereof, for example the anticodon-stem-loop structure of the tRNA Lvs3 or a part thereof, are seen as preferred structural elements.
  • the nucleic acids which initiate the activity of an RNase are present as DNA analogs of the cellular tRNA Lys3 , ie as tDNA Lvs3 or modulated tDNA- Lvs3 .
  • the latter does not bind to the primer binding site, but, depending on the modulation, to other retroviral and / or cellular sequences.
  • nucleic acids which initiate the activity of a reverse transcriptase at artificial sites are particularly preferably present as modulated tRNA Lys3 analogs.
  • nucleic acids are preferred which are chimera from parts of tDNA Lys3 or modulated tDNA Lys3 and of tRNA Ly ⁇ 3 or modulated tRNA Lys3 .
  • the above nucleic acids can also have chemically modified deoxy or ribonucleotides. This increases the intracellular stability of the nucleic acids, in particular if the modifications are present at the 3 'end of the nucleic acids. Modifications of deoxy or ribonucleotides are known. As an example, reference is made to FIGS. 1 and 2. 1 shows the chemical structure of an oligodeoxyribonucleotide portion, FIG. 2 shows the chemical structure of an oligoribonucleotide portion. The structures shown in FIG. 1 and FIG. 2 are understood as sections from longer oligonucleotide chains.
  • the letter B denotes an organic base, such as adenosine (A), guanosine (G), cytidine (C), thymidine (T) or uridine (U), which is attached to the N9 (A, G) or N1 ( C, T, U) position is coupled to the deoxyribose.
  • the oligodeoxy ribonucleotide portions can e.g. be chemically modified as follows:
  • the letter B denotes an organic base such as adenosine (A), guanosine (G), cytidine (C) or uridine (U), which is at the N9 (A, G) or N1 (C, U) position the ribose is coupled.
  • the oligoribonucleotide components can be chemically modified, for example, as follows: 4. All R 1 positions of an oligoribonucleotide portion are substituted
  • R 1 positions of an oligoribonucleotide portion are alternately substituted 5 ' Bp- (BpBp) n -B- p -B
  • the nucleic acid fraction of the nucleic acids described in the present invention can consist of a fraction as described under 1.1-1.6, 2.1-2.6, 3.1-3.6, 4.1-4.6, 5.1-5.6, 6.1-6.6 or 7.1-7.3, whose base sequence is complementary to a partial sequence of the viral or cellular target RNA.
  • one or more nucleic acid segments can be found, as under 1.1-1.6, 2.1-2.6, 3.1-3.6, 4.1-4.6, 5.1-5.6, 6.1-6.6, 7.1-7.3 described, which, due to their respective base sequence, form a secondary and tertiary structure which specifically bind to viral proteins, for example reverse transcriptase, nucleocapsid
  • nucleic acid segments can also contain base modifications, as shown for example in FIG. 3.
  • nucleic acids described in the present invention can also be other molecules, e.g. Contain coupled peptides, proteins, phospholipids, steroids, which specifically bind to viral or cellular proteins instead of or in addition to a nucleic acid secondary or tertiary structure.
  • the nucleic acids are preferably with a substance which inhibits virus multiplication, particularly preferably ribozyme or 2 ',
  • a method for producing the above nucleic acids is also provided.
  • Such a process advantageously comprises the following process steps:
  • step (f) Carrying out a further synthesis cycle or cleaving the nucleotide chain from the carrier.
  • the above chemical modifications are inserted in step (d). This can be done in the usual way.
  • Nucleic acids according to the invention can be introduced into a person to be treated by conventional methods.
  • T-lymphocytes can be isolated from an HIV-infected person and the nucleic acids according to the invention can be introduced into them by known measures, such as electroporation.
  • nucleic acids according to the invention are also possible to produce, ie to express, nucleic acids according to the invention, especially if they consist of ribonucleotides, such as modulated tRNA Lys3 (see FIG. 4), only in the person to be treated.
  • nucleic acids according to the invention it is advantageous to insert the DNA coding for such a nucleic acid into an expression vector such as pNEOtp-muNTSI (cf. Hemann et al., DNA and Cell Biology, (1994) and the expression plasmid obtained, as indicated above, in It goes without saying that the above DNA can comprise all sequences which can influence the expression of a nucleic acid according to the invention.
  • FIG. 5 in which a DNA is indicated which is suitable for tRNA Ly " 3 (a) or modulated tRNAL Ly83 (b)
  • the bold sequence relates to (modulated) tRNA Ly ⁇ 3
  • the weakly printed sequence relates to regulatory regions such as the termination sequence of polymerase III (oligo No. 9).
  • the DNA of FIG. 5 is inserted into the expression vector pNEOtp-muNTSI digested with Sall, whereby an expression plasmid suitable for introduction into a person to be treated is obtained will.
  • Nucleic acids according to the invention are distinguished in that they are targeted
  • RNA particularly cellular or viral, very particularly retroviral RNA.
  • the activity of cellular as well as viral RNase H, in particular associated with reverse transcriptase is used.
  • Nucleic acids according to the invention are therefore ideally suited for inhibiting the replication of retroviruses, in particular of HIV viruses. The present invention thus opens up the possibility of diagnosing and treating infections or diseases which are caused by the above viruses.
  • FIG. 2 shows the chemical structure of an oligoribonucleotide portion of a nucleic acid according to the invention
  • FIG. 3 shows the structure of tRNA Ly83 and modified bases thereof
  • Fig. 4 shows the structure of tRNA Ly " 3 and modulated tRNA Ly * 3
  • Fig. 5 shows the DNA for tRNA Ly, 3 (a) and modulated tRNA Ly, 3 (b)
  • FIG. 6 shows chemically treated tDNA Ly ⁇ 3 under native and denaturing conditions
  • FIG. 7 shows the titration of the tDNA Ly ⁇ 3 and tRNA Lys3 with HIV-1-RT
  • Figure 8 shows the RNA region of HIV-1 and the primer binding site
  • tDNA Lva3 The DNA analogue of tRNA Lys3 (see FIG. 3) was as described above ben, chemically synthesized. An automatic synthesizer from Applied Biosystems was used for this. After the synthesis, the tDNA Lys3 was purified by gel electrophoresis. The sequence of the tDNA Lys3 is identical to that of the tRNA Lys3 . However, it has no modified bases. The uridine ribonucleosides are also replaced by corresponding thymidine deoxynucleotides.
  • the tDNA ys3 was radioactively marked on the 3'termin or alternatively 5'terminus.
  • the 3'terminal labeling was carried out enzymatically using "transferase” and [ ⁇ - 32 P] dd ATP.
  • the 5 'labeling was also carried out enzymatically using polynucleotide kinase and [- 32 P] ATP.
  • lane (1) of the OsO 4 and lane (3) of the DEPC reaction show the tDNA Lys3 under native conditions and lanes (2) and (4) show the tDNA Ly83 under denaturing conditions.
  • a comparison of the reactions between native and denaturing agents shows that thymidines and adenosines of tDNA Lys3 exist which are not modified and are therefore paired with bases.
  • the tDNA Lys3 structure determined in this way is a tRNA Lys3 structure analogous.
  • Example 2 Comparison of the interaction of the natural replication primer tRNA ' Ly * 3 and chemically synthesized tDNA Ly * 3 with the reverse transcriptase (RT) of HIV-1
  • tRNA Lys3 purified tRNA Lys3 isolated from rabbit liver was used (Raba et al., (1979) Eur.J.Biochem. 97, 305-318). This tRNA Lys3 is identical in sequence to the human tRNA Lys3 .
  • the 5 'end of the natural tRNA Lys3 was firstly dephosphorylated with alkaline phosphatase and then, as described above in Example 1, with l - 32 P] ATP radiolabeled.
  • Lane C shows the gel electrophoretic analysis of the two band-shift experiments.
  • Lane C is the control lane without HIV-1 RT
  • the other lanes show the titration of the nucleic acid with HIV-1 RT in the molar ratios 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1: 6, 1: 7 and 1: 8.
  • the positions of the tRNA / RT or tDNA / RT complexes and the uncomplexed nucleic acids are marked in the figure.
  • RNA template was synthesized enzymatically by run-off transcription using the T7 RNA polymerase.
  • the RNA sequence is shown in Fig. 8.
  • the radioactive labeling at the 5 'terminus of the RNA template was carried out as described in Example 1 above.
  • a 3 'terminal labeling was carried out with [ 32 P] pCp and T4-RNA polymerase.
  • the primer and template were prehybridized in a molar ratio of 1.2: 1.
  • the components were first heat denatured, then 10 min. incubated at 55 ° C and finally cooled to 37 ° C.
  • RNA / RNA substrate remains intact, while the RNA / DNA substrate is hydrolyzed by the RT-associated RNaseH activity.
  • Example 4 Catalytic hydrolysis of the primer binding site by HIV-1-RT, nucleocapsid protein (NCp7) and tDNA Ly * 3 under native conditions
  • NCp7 was used (De Rocquigny et al., (1992) Proc.Natl.Acad, Sci. USA 89, 6472-6476).
  • RNA template 55 pmol RNA template were incubated with 5.5 pmol tDNA Ly ⁇ 3 and 15 pmol RT at 37 ° C. In separate reaction batches, 20 pmol of NCp7 was additionally incubated. The reactions were stopped after various times and analyzed by gel electrophoresis.
  • FIG. 9 shows that in the presence of NCp7 the 10-fold molar excess of RNA is completely hydrolyzed. The RNA hydrolysis is accelerated 20-fold compared to the control reaction without NCp7. It also shows that HIV-I-RT, NCp7 and tDNA Lys3 are the components of a system for the targeted catalytic degradation of the primer binding site. Since the above reaction conditions correspond to native conditions, the result obtained is of the greatest importance for the in vivo application of the present invention.
  • RNA template is characterized by the natural structure of the viral RNA genome.
  • the PBS is degraded in the presence of NCp7 or alternatively by prehydbridization.
  • structured RNA and DNA molecules are unfolded by NCp7, specifically hybridized and used as a substrate of the RNase H associated with RT.
  • the natural replication primer tRNA Lys3 packaged in the virus capsid can also be the target of DNA-induced hydrolysis.
  • the tRNA Lys3 acts as an RNA template for the RT / RNase H-catalyzed RNA
  • a ribozyme can also be used for tRNA Lys3 hydrolysis.
  • the colocalization of the rection partners in the capsid means that only the selected tRNA " Lys3 and not the cytoplasmic tRNA is hydrolyzed.

Abstract

The invention pertains to a nucleic acid with a sequence binding to an RNA, where the sequence (a) initiates the activity of an Rnase H and is a DNA sequence, and/or (b) initiates the activity of a reverse transcriptase at a site different from the primer binding site and is an RNA sequence. The invention also pertains to a method for producing such a nucleic acid and to its use.

Description

Nukle insäure zur I ni t ia t i on de r Akt ivi tä t von RNas e H b zw . reve r ser Transkrip t ase .Nucleic acid to initiate the act of RNas e H b zw. reve r ser transcript ase.
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Nukleinsäure zur Initiation der Aktivität von RNase H bzw. reverser Transkriptase, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Nu¬ kleinsäure und deren Verwendung.The invention relates to a nucleic acid for the initiation of the activity of RNase H or reverse transcriptase, a method for producing such a nucleic acid and the use thereof.
Es ist bekannt, daß Retroviren für vielerlei Erkrankungen von Mensch, Tier und möglicherweise auch Pflanze verantwortlich sind. Als Beispiel ist insbesondere das Erworbene Immunschwäche Syndrom (AIDS) zu nennen.It is known that retroviruses are responsible for many diseases of humans, animals and possibly also plants. The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) should be mentioned in particular as an example.
Retroviren werden daher intensiv studiert. Sie weisen ein RNA-Genom auf, das in ein DNA-Molekül übersetzt wird. Als solches integrieren sie in die DNA infi¬ zierter Zellen. Die integrierte DNA fungiert als Matritze für die Synthese viraler mRNA. Die Übersetzung von RNA in DNA erfolgt durch ein retrovirales Enzym, das mit reverser Transkriptase (RT) bezeichnet wird. Dieses Enzym benötigt einen Primer, der an eine bestimmte Stelle der viralen RNA, der Primer-Bindungs- stelle (PBS), bindet. Ein solcher Primer ist die zelluläre tRNALvβ3. Diese wird während der Reifung der Viruspartikel in das virale Kapsid verpackt (selektio- niert). Damit ist die Initiation der Übersetzung von RNA in DNA gewährleistet. Die reverse Transkriptase synthetisiert an den Primer einen zur RNA komplemen¬ tären DNA-Strang und degradiert gleichzeitig mit ihrer RNase H-Aktivität den transkribierten RNA-Strang. Ein DNA-Doppelstrang wird dann durch die DNA- abhängige-Polymerase Aktivität der reversen Transkriptase ausgebildet.Retroviruses are therefore studied intensively. They have an RNA genome that is translated into a DNA molecule. As such, they integrate into the DNA of infected cells. The integrated DNA acts as a template for the synthesis of viral mRNA. RNA is translated into DNA by a retroviral enzyme called reverse transcriptase (RT). This enzyme requires a primer that binds to a specific location on the viral RNA, the primer binding site (PBS). One such primer is the cellular tRNA Lvβ3 . This is packaged (selected) in the viral capsid during the maturation of the virus particles. This ensures the initiation of the translation of RNA into DNA. The reverse transcriptase synthesizes a DNA strand complementary to the RNA on the primer and simultaneously degrades the transcribed RNA strand with its RNase H activity. A DNA double strand is then formed by the DNA-dependent polymerase activity of the reverse transcriptase.
Viele Versuche wurden unternommen, die Replikation von Retroviren zu hem¬ men. Keiner dieser Versuche hat jedoch bisher den gewünschten Erfolg ge- bracht.Many attempts have been made to inhibit the replication of retroviruses. However, none of these attempts have so far brought the desired success.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Mittel bereitzu¬ stellen, mit dem die Replikation von Retroviren gehemmt werden kann.The present invention is therefore based on the object of providing a means with which the replication of retroviruses can be inhibited.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände der Patentansprüche erreicht. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, die Aktivität einer RNase H bzw. einer reversen Transkriptase zur Hemmung retroviraler Replikation zu nutzen.According to the invention this is achieved by the subject matter of the claims. The present invention is based on the idea of using the activity of an RNase H or a reverse transcriptase to inhibit retroviral replication.
Eine RNase H ist ein Enzym der Zelle wie auch des Virus, insbesondere des Retrovirus. Im letzteren Fall ist die RNase H mit der reversen Transkriptase assoziiert. Der in den Patentansprüchen verwendete Ausdruck "RNase H" umfaßt ein solches vorstehendes Enzym. Eine RNase H hat die Aktivität, in einem RNA/DNA-Hybrid die RNA zu degradieren.An RNase H is an enzyme of the cell as well as the virus, especially the retrovirus. In the latter case, RNase H is associated with reverse transcriptase. The term "RNase H" used in the claims includes such an above enzyme. An RNase H has the activity of degrading the RNA in an RNA / DNA hybrid.
Erfindungsgemäß wird dies genutzt, indem eine Nukleinsäure bereitgestellt wird, die eine zu einer zu degradierenden RNA komplementäre DNA-Sequenz aufweist. Die RNA kann jeglicher Art und jeglichen Ursprungs sein. Vorzugsweise ist es zelluläre oder virale RNA, besonders bevorzugt retrovirale und ganz besonders bevorzugt eine die Primer-Bindungsstelle oder Teile davon umfassende RNA. Besonders bevorzugt ist auch zelluläre tRNALvs3 und ganz besonders bevorzugt jener Teil dieser tRNA, der an die Primer-Bindungsstelle bindet. Mit vorstehender DNA-Sequenz wird beabsichtigt, die komplementäre RNA durch die Aktivität einer RNase H zu degradieren. Beispielsweise wird mit einer zu der Primer- Bindungsstelle komplementären DNA-Sequenz erstere degradiert.This is used according to the invention by providing a nucleic acid which has a DNA sequence which is complementary to an RNA to be degraded. The RNA can be of any type and of any origin. It is preferably cellular or viral RNA, particularly preferably retroviral and very particularly preferably an RNA comprising the primer binding site or parts thereof. Cellular tRNA Lvs3 is also particularly preferred and that part of this tRNA which binds to the primer binding site is very particularly preferred. The above DNA sequence is intended to degrade the complementary RNA through the activity of an RNase H. For example, the former is degraded with a DNA sequence that is complementary to the primer binding site.
Eine reverse Transkriptase ist ein retrovirales Enzym, das RNA in DNA übersetzt. Hierzu benötigt die reverse Transkriptase die Bindung eines RNA-Primers an die Primer-Bindungsstelle. Ein solcher RNA-Primer ist die zelluläre tRNALvs3. Jüngste Untersuchungen weisen darauf hin, daß für die Initiation der Aktivität einer reversen Transkriptase ein RNA/RNA- oder RNA/DNA Komplex wesentlich ist, wobei die Nukleotidabfolge von geringer Bedeutung ist.A reverse transcriptase is a retroviral enzyme that translates RNA into DNA. For this, the reverse transcriptase requires the binding of an RNA primer to the primer binding site. One such RNA primer is the cellular tRNA Lvs3 . Recent investigations indicate that an RNA / RNA or RNA / DNA complex is essential for the initiation of the activity of a reverse transcriptase, the nucleotide sequence being of little importance.
Erfindungsgemäß wird dies genutzt, indem eine Nukleinsäure mit einer RNA- Sequenz bereitgestellt wird, die an eine von der Primer-Bindungsstelle verschie- dene Stelle bindet. Vorzugsweise umfaßt die RNA-Sequenz 18 Nukleotide. Desweiteren ist als zu bindende Stelle eine konservierte Stelle in der retroviralen RNA bevorzugt. Mit der RNA-Sequenz wird beabsichtigt, den natürlichen In¬ itiationsort der reversen Transkription auf ein oder mehrere artifizielle Stellen umzuleiten. Die dort initiierten RNA/DNA-Hybride werden der mit der reversen Transkriptase assoziierten RNase H unterworfen. Es entsteht eine unkontrollierteThis is used according to the invention by providing a nucleic acid with an RNA sequence which binds to a site different from the primer binding site. The RNA sequence preferably comprises 18 nucleotides. Furthermore, a conserved site in the retroviral RNA is preferred as the site to be bound. The RNA sequence is intended to redirect the natural initiation site of the reverse transcription to one or more artificial sites. The RNA / DNA hybrids initiated there are subjected to the RNase H associated with the reverse transcriptase. An uncontrolled arises
Degradierung der retroviralen RNA, was zur Synthese unvollständiger Virus- Genome und schließlich zur Hemmung der viralen Replikation führt.Degradation of the retroviral RNA, which leads to the synthesis of incomplete virus genomes and ultimately to the inhibition of viral replication.
Vorstehende Nukleinsäuren weisen bevorzugt Strukturelemente auf, die eine Kolokalisation der Nukleinsäuren mit der zu bindenden RNA, also eine Verpak- kung beider in das retrovirale Kapsid, erlauben. Solche Strukturelemente können zelluläre tRNA Moleküle sein, die Virus-spezifisch selektioniert werden. HIV selektioniert tRNALys\ tRNALys2, tRNA,,e und tRNALvs3. Diese tRNA Moleküle und Teile davon, z.B. die Anticodon-stem-loop Struktur der tRNALvs3 oder ein Teil davon, werden als bevorzugte Strukturelemente gesehen. In besonders bevor¬ zugter Form liegen die Nukleinsäuren, welche die Aktivität einer RNase initiieren, als DNA-Analoga der zellulären tRNALys3, d.h. als tDNALvs3 oder modulierte tDNA- Lvs3 vor. Letztere bindet nicht an die Primer-Bindungsstelle, sondern in Abhängig¬ keit der Modulation an andere retrovirale und/oder zelluläre Sequenzen. Nu- kleinsäuren jedoch, welche die Aktivität einer reversen Transkriptase an artifiziel- len Stellen initiieren, liegen besonders bevorzugt als modulierte tRNALys3-Analoga vor. Desweiteren werden Nukleinsäuren bevorzugt, die Chimäre aus Teilen von tDNALys3 oder modulierter tDNALys3 sowie von tRNALyβ3 oder modulierter tRNALys3 sind.The above nucleic acids preferably have structural elements which allow colocalization of the nucleic acids with the RNA to be bound, that is to say packaging both into the retroviral capsid. Such structural elements can be cellular tRNA molecules that are selected specifically for the virus. HIV selects tRNA Lys \ tRNA Lys2 , tRNA ,, e and tRNA Lvs3 . These tRNA molecules and parts thereof, for example the anticodon-stem-loop structure of the tRNA Lvs3 or a part thereof, are seen as preferred structural elements. In a particularly preferred form, the nucleic acids which initiate the activity of an RNase are present as DNA analogs of the cellular tRNA Lys3 , ie as tDNA Lvs3 or modulated tDNA- Lvs3 . The latter does not bind to the primer binding site, but, depending on the modulation, to other retroviral and / or cellular sequences. However, nucleic acids which initiate the activity of a reverse transcriptase at artificial sites are particularly preferably present as modulated tRNA Lys3 analogs. Furthermore, nucleic acids are preferred which are chimera from parts of tDNA Lys3 or modulated tDNA Lys3 and of tRNA Lyβ3 or modulated tRNA Lys3 .
Vorstehende Nukleinsäuren können auch chemisch modifizierte Desoxy- bzw. Ribonukleotide aufweisen. Dies erhöht die intrazelluläre Stabilität der Nukleinsäu¬ ren, insbesondere wenn die Modifikationen am 3'-Ende der Nukleinsäuren vorliegen. Modifikationen von Desoxy- bzw. Ribonukleotiden sind bekannt. Beispielhaft wird auf die Figuren 1 und 2 verwiesen. Fig.1 zeigt die chemische Struktur eines Oligodesoxyribonukleotid-Anteils, Fig. 2 zeigt die chemische Struktur eines Oligoribonukleotid-Anteils. Die in Fig.1 und Fig.2 gezeigten Strukturen verstehen sich als Ausschnitte aus längeren Oligonu- kleotid ketten.The above nucleic acids can also have chemically modified deoxy or ribonucleotides. This increases the intracellular stability of the nucleic acids, in particular if the modifications are present at the 3 'end of the nucleic acids. Modifications of deoxy or ribonucleotides are known. As an example, reference is made to FIGS. 1 and 2. 1 shows the chemical structure of an oligodeoxyribonucleotide portion, FIG. 2 shows the chemical structure of an oligoribonucleotide portion. The structures shown in FIG. 1 and FIG. 2 are understood as sections from longer oligonucleotide chains.
In Fig.1 bezeichnet der Buchstabe B eine organische Base, wie Adenosin (A), Guanosin (G), Cytidin (C), Thymidin (T) oder Uridin (U), die an der N9 (A, G) oder N1 (C, T, U) Position an die Desoxyribose gekoppelt ist. Die Oligodesoxy- ribonukleotid-Anteile können z.-B. wiefolgtchemisch modifiziert sein:In FIG. 1, the letter B denotes an organic base, such as adenosine (A), guanosine (G), cytidine (C), thymidine (T) or uridine (U), which is attached to the N9 (A, G) or N1 ( C, T, U) position is coupled to the deoxyribose. The oligodeoxy ribonucleotide portions can e.g. be chemically modified as follows:
1. Alle R ' Positionen eines Oligodesoxyribonukleotid-Anteils sind substituiert1. All R 'positions of an oligodeoxyribonucleotide portion are substituted
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2. DieR1 Positionen eines Oligodesoxyribonukleotid-Anteils sind unterschied¬ lich substituiert2. The R 1 positions of an oligodeoxyribonucleotide portion are differently substituted
5' B-p-B-p-B-p-(B-p-)nB-p-B-p-B-p-B 3'5 'BpBpBp- (Bp-) nB-pBpBp- B 3'
I I I I 1 1 1I I I I 1 1 1
Ria Ria R a Rlb Ria Ria RiRia Ria R a Rlb Ria Ria Ri
B = Desocyribonukeotid dA, dC, dG, dt oder DU je nach Sequenz p = Internukleotid-Phosphat n = ein Oligodesoxyribonukleotidabschnitt mit einer Länge zwischen 1 und 120 Basen
Figure imgf000007_0001
B = desocyribonukeotide dA, dC, dG, dt or DU depending on the sequence p = internucleotide phosphate n = an oligodeoxyribonucleotide section with a length between 1 and 120 bases
Figure imgf000007_0001
3. Die R1 Positionen eines Oligodesoxyribonukleotid-Anteils sind abwech¬ selnd substituiert3. The R 1 positions of an oligodeoxyribonucleotide portion are alternately substituted
5* B-p-(B-p-B-p)n-B-p-B 3'5 * Bp- (B- p -Bp) nBpB 3 '
I I I II I I I
R1a Rlb Ria Rlb R 1a Rlb Ria Rlb
B = Desoxyribonukleotid dA, dC, dG, dT oder dU je nach Sequenz p = Internukleotid-Phosphat n = ein Oligodesoxyribonukleotidabschnitt mit einer Länge zwischen 1 und 120 BasenB = deoxyribonucleotide dA, dC, dG, dT or dU depending on the sequence p = internucleotide phosphate n = an oligodeoxyribonucleotide section with a length between 1 and 120 bases
Figure imgf000007_0002
Figure imgf000007_0002
in Fig.2 bezeichnet der Buchstabe B eine organische Base wie Adenosin (A), Guanosin (G), Cytidin (C) oder Uridin (U), die an der N9 (A,G) oder N1 (C, U) Position an die Ribose gekoppelt ist. Die Oligoribonukleotid-Anteile können z.B. wie folgt chemisch modifiziert sein: 4. Alle R1 Positionen eines Oligoribonukleotid-Anteils sind substituiertin Figure 2, the letter B denotes an organic base such as adenosine (A), guanosine (G), cytidine (C) or uridine (U), which is at the N9 (A, G) or N1 (C, U) position the ribose is coupled. The oligoribonucleotide components can be chemically modified, for example, as follows: 4. All R 1 positions of an oligoribonucleotide portion are substituted
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
5. Die R1 Positionen eines Oligoribonukleotid-Anteils sind unterschiedlich substituiert5. The R 1 positions of an oligoribonucleotide portion are substituted differently
5" B-p-B-p-B-p-(B-p-)nB-p-B-p-B-p-B 3-5 "B- p -B- p -Bp- (Bp-) n BpBpBpB 3 -
1 I I I I I I R1a Ria Ria Rlb Ria Ria ia1 IIIIIIR 1a Ria Ria Rlb Ria Ria ia
B = Ribonukleotid dA, dC, dG oder dU je nach Sequenz p = Internukleotid-Phosphat n = ein Oligoribonukleottdabschnittmit einer Lenge zwischen 1 und 120 BasenB = ribonucleotide dA, dC, dG or dU depending on the sequence p = internucleotide phosphate n = an oligoribonucleotide segment with a length between 1 and 120 bases
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0002
6. Die R1 Positionen eines Oligoribonukleotid-Anteils sind abwechselnd substituiert 5' B-p-(B-p-B-p)n-B-p-B6. The R 1 positions of an oligoribonucleotide portion are alternately substituted 5 ' Bp- (BpBp) n -B- p -B
I I I iI I I i
R1a Rlb R1a R 1b R 1a Rlb R 1a R 1b
B = Ribonukleotid dA, dC, dG oder dU je nach Sequenz p = Internukleotid-Phosphat n = ein Oligoribonukleotidabschnitt mit einer Länge zwischen 2 und 120B = ribonucleotide dA, dC, dG or dU depending on the sequence p = internucleotide phosphate n = an oligoribonucleotide section with a length between 2 and 120
BasenBases
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
Die R4 Position der in 4.1 - 4.6, 5.1 - 5.6 oder 6.1 - 6.6 beschriebenen Verbindungen sind substituiertThe R 4 position of the compounds described in 4.1 - 4.6, 5.1 - 5.6 or 6.1 - 6.6 are substituted
7.1 R4 = O7.1 R 4 = O
7.2 R4 = F7.2 R 4 = F
7.3 R4 = CH3 7.3 R 4 = CH 3
Der Nukleinsäure-Anteil der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Nu¬ kleinsäuren kann aus einem, wie unter 1.1 - 1.6, 2.1 - 2.6, 3.1 - 3.6, 4.1 - 4.6, 5.1 -5.6, 6.1 - 6.6 oder 7.1 - 7.3 beschriebenen Anteil bestehen, dessen Basen¬ sequenz komplementär zu einer Teilsequenz der viralen oder zellulären Ziel-RNA ist. Am 3'und/oder 5' Ende dieser komplementären Sequenz können sich ein oder mehrere Nukleinsäure-Abschnitte, wie unter 1.1 - 1.6, 2.1 - 2.6, 3.1 - 3.6, 4.1 - 4.6, 5.1 - 5.6, 6.1 - 6.6, 7.1 - 7.3 beschrieben, befinden, die, bedingt durch ihre jeweilige Basensequenz eine Sekundär- und Tertiärstruktur ausbilden, welche spezifisch an virale Proteine, z.B. Reverse Transkriptase, Nukleokapsid-The nucleic acid fraction of the nucleic acids described in the present invention can consist of a fraction as described under 1.1-1.6, 2.1-2.6, 3.1-3.6, 4.1-4.6, 5.1-5.6, 6.1-6.6 or 7.1-7.3, whose base sequence is complementary to a partial sequence of the viral or cellular target RNA. At the 3 'and / or 5' end of this complementary sequence, one or more nucleic acid segments can be found, as under 1.1-1.6, 2.1-2.6, 3.1-3.6, 4.1-4.6, 5.1-5.6, 6.1-6.6, 7.1-7.3 described, which, due to their respective base sequence, form a secondary and tertiary structure which specifically bind to viral proteins, for example reverse transcriptase, nucleocapsid
Proteine, oder zelluläre Proteine bindet. Genannte Nukleinsäure-Abschnitte können auch Basen-Modifikationen enthalten, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt.Proteins, or cellular proteins binds. Said nucleic acid segments can also contain base modifications, as shown for example in FIG. 3.
Neben den Nukleinsäure-Anteilen können die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Nukleinsäuren auch andere Moleküle, z.B. Peptide, Proteine, Phospholipide, Steroide gekoppelt enthalten, die anstelle oder zusätzlich zu einer Nukleinsäure-Sekundär oder Tertiärstruktur an virale oder zelluläre Proteine spezifisch binden. In bevorzugter Weise sind die Nukleinsäuren mit einer die Virusvermehrung hemmenden Substanz, besonders bevorzugt Ribozym oder 2',In addition to the nucleic acid proportions, the nucleic acids described in the present invention can also be other molecules, e.g. Contain coupled peptides, proteins, phospholipids, steroids, which specifically bind to viral or cellular proteins instead of or in addition to a nucleic acid secondary or tertiary structure. The nucleic acids are preferably with a substance which inhibits virus multiplication, particularly preferably ribozyme or 2 ',
5'-gekoppelte Oligoadenylate, verbunden.5'-coupled oligoadenylates.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung vorstehender Nu¬ kleinsäuren bereitgestellt. Günstigerweise umfaßt ein solches Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:According to the invention, a method for producing the above nucleic acids is also provided. Such a process advantageously comprises the following process steps:
(a) Anbindung eines aktivierten ß-Cyanoethyl-Nukleotids an einen Träger,(a) binding an activated β-cyanoethyl nucleotide to a support,
(b) Abspaltung der 5'Dimethoxytrityl-Schutzgruppe des Nukleotids von (a),(b) cleavage of the 5'-dimethoxytrityl protective group of the nucleotide from (a),
(c) Hinzufügung eines weiteren aktivierten ß-Cyanoethyl-Nukleotids, (d) Oxidation oder ggfs. Modifizierung der Phosphitgruppe des Zucker-Phos¬ phat-Rückgrates,(c) addition of a further activated β-cyanoethyl nucleotide, (d) oxidation or, if necessary, modification of the phosphite group of the sugar-phosphate backbone,
(e) Abbindung der noch freien 5'-Hydroxyl-Gruppen mit einer Schutzgruppe, und(e) binding the still free 5'-hydroxyl groups with a protective group, and
(f ) Durchführung eines weiteren Synthesezyklus oder Abspaltung der Nukleo- tidkette vom Träger. In Schritt (d) werden vorstehende chemische Modifikationen eingefügt. Dies kann in üblicher Weise erfolgen.(f) Carrying out a further synthesis cycle or cleaving the nucleotide chain from the carrier. The above chemical modifications are inserted in step (d). This can be done in the usual way.
Erfindungsgemäße Nukleinsäuren können durch übliche Verfahren in eine zu behandelnde Person eingeführt werden. Beispielsweise können bei einer HIV- infizierten Person T-Lymphozyten isoliert und in diese die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren durch bekannte Maßnahmen, wie Elektroporation, eingeführt werden.Nucleic acids according to the invention can be introduced into a person to be treated by conventional methods. For example, T-lymphocytes can be isolated from an HIV-infected person and the nucleic acids according to the invention can be introduced into them by known measures, such as electroporation.
Auch ist es möglich, erfindungsgemäße Nukleinsäuren, insbesondere, wenn sie aus Ribonukleotiden, wie modulierte tRNALys3 (vgl. Figur 4) bestehen, erst in der zu behandelnden Person herzustellen, d.h. zu exprimieren. Hierfür ist es günstig, die für eine solche Nukleinsäure kodierende DNA in einen Expressionsvektor, wie pNEOtp-muNTSI (vgl. Hemann et al., DNA and Cell Biology, (1994) zu inserie- ren und das erhaltene Expressionsplasmid, wie vorstehend angegeben, in die zu behandelnde Person einzuführen. Es ist selbstverständlich, daß vorstehende DNA sämtliche Sequenzen umfassen kann, welche die Expression einer erfin¬ dungsgemäßen Nukleinsäure beeinflussen können. Biespielhaft wird auf die Fig. 5 verwiesen, in der eine DNA angegeben ist, die für tRNALy"3 (a) bzw. modulier- te tRNALLy83 (b) kodiert. Die fettgedruckte Sequenz betrifft (modulierte) tRNALyβ3, während sich die schwachgedruckte Sequenz auf regulatorische Regionen, wie die Terminationssequenz der Polymerase III (Oligo Nr. 9), bezieht. Die DNA von Fig. 5 wird in den mit Sall gespaltenen Expressionsvektor pNEOtp-muNTSI inseriert, wodurch ein zur Einführung in eine zu behandelnde Person geeignetes Expressionsplasmid erhalten wird.It is also possible to produce, ie to express, nucleic acids according to the invention, especially if they consist of ribonucleotides, such as modulated tRNA Lys3 (see FIG. 4), only in the person to be treated. For this purpose, it is advantageous to insert the DNA coding for such a nucleic acid into an expression vector such as pNEOtp-muNTSI (cf. Hemann et al., DNA and Cell Biology, (1994) and the expression plasmid obtained, as indicated above, in It goes without saying that the above DNA can comprise all sequences which can influence the expression of a nucleic acid according to the invention. For example, reference is made to FIG. 5, in which a DNA is indicated which is suitable for tRNA Ly " 3 (a) or modulated tRNAL Ly83 (b) The bold sequence relates to (modulated) tRNA Lyβ3 , while the weakly printed sequence relates to regulatory regions such as the termination sequence of polymerase III (oligo No. 9). The DNA of FIG. 5 is inserted into the expression vector pNEOtp-muNTSI digested with Sall, whereby an expression plasmid suitable for introduction into a person to be treated is obtained will.
Erfindungsgemäße Nukleinsäuren zeichnen sich dadurch aus, daß sie gezieltNucleic acids according to the invention are distinguished in that they are targeted
RNA, besonders zelluläre oder virale, ganz besonders retrovirale RNA, hydro- lysieren. Hierzu wird die Aktivität zellulärer wie auch viraler, insbesondere mit reverser Transkriptase assoziierter, RNase H genutzt. Auch wird die Aktivität reverser Transkriptase als solche genutzt. Erfindungsgemäße Nukleinsäuren eignen sich somit bestens zur Hemmung der Replikation von Retroviren, ins¬ besondere von HIV-Viren. Die vorliegende Erfindung eröffnet damit die Möglich¬ keit, Infektionen bzw. Erkrankungen, die durch vorstehende Viren verursacht sind, zu diagnostizieren und zu therapieren.Hydrolyze RNA, particularly cellular or viral, very particularly retroviral RNA. For this purpose, the activity of cellular as well as viral RNase H, in particular associated with reverse transcriptase, is used. Also the activity reverse transcriptase used as such. Nucleic acids according to the invention are therefore ideally suited for inhibiting the replication of retroviruses, in particular of HIV viruses. The present invention thus opens up the possibility of diagnosing and treating infections or diseases which are caused by the above viruses.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:Brief description of the drawing:
Fig. 1 zeigt die chemische Struktur eines Oligodesoxyribonukleotid-Anteils einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure,1 shows the chemical structure of an oligodeoxyribonucleotide portion of a nucleic acid according to the invention,
Fig. 2 zeigt die chemische Struktur eines Oligoribonukleotid-Anteils einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure, Fig. 3 zeigt die Struktur von tRNALy83 sowie modifizierter Basen davon,2 shows the chemical structure of an oligoribonucleotide portion of a nucleic acid according to the invention, FIG. 3 shows the structure of tRNA Ly83 and modified bases thereof,
Fig. 4 zeigt die Struktur von tRNALy"3 und modulierter tRNALy*3, Fig. 5 zeigt die DNA für tRNALy,3(a) und modulierte tRNALy,3(b)Fig. 4 shows the structure of tRNA Ly " 3 and modulated tRNA Ly * 3 , Fig. 5 shows the DNA for tRNA Ly, 3 (a) and modulated tRNA Ly, 3 (b)
Fig. 6 zeigt chemisch behandelte tDNALyβ3 unter nativen und denaturieren¬ den Bedingungen, Fig. 7 zeigt die Titration der tDNALyβ3 und tRNALys3 mit HIV-1-RT,6 shows chemically treated tDNA Lyβ3 under native and denaturing conditions, FIG. 7 shows the titration of the tDNA Lyβ3 and tRNA Lys3 with HIV-1-RT,
Fig. 8 zeigt die die Primer-Bindungsstelle umfassende RNA-Region von HIV- 1 , undFigure 8 shows the RNA region of HIV-1 and the primer binding site
Fig. 9 zeigt die zeitabhängige Hydrolyse von RNA in Gegenwart von NCp7 bzw. ohne NCp7.9 shows the time-dependent hydrolysis of RNA in the presence of NCp7 or without NCp7.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
Beispiel 1 : Synthese der tDNALys3 und Untersuchung ihrer StrukturExample 1: Synthesis of tDNA Lys3 and investigation of its structure
1. Synthese der tDNALva3 Das DNA-Analogon der tRNALys3 (vgl. Fig. 3) wurde , wie vorstehend beschrie- ben, chemisch synthetisiert. Hierzu wurde ein automatischer Synthesizer der Firma Applied Biosystems verwendet. Nach der Synthese wurde die tDNALys3 gelelektrophoretisch gereinigt. Die Sequenz der tDNALys3 ist identisch mit jener der tRNALys3. Sie weist allerdings keine modifizierten Basen auf. Auch sind die Uridin-Ribonukleoside durch entsprechende Thymidin-Desoxynukleotide ersetzt.1. Synthesis of tDNA Lva3 The DNA analogue of tRNA Lys3 (see FIG. 3) was as described above ben, chemically synthesized. An automatic synthesizer from Applied Biosystems was used for this. After the synthesis, the tDNA Lys3 was purified by gel electrophoresis. The sequence of the tDNA Lys3 is identical to that of the tRNA Lys3 . However, it has no modified bases. The uridine ribonucleosides are also replaced by corresponding thymidine deoxynucleotides.
2. Radioaktive Markierung der tDNALy*3 2. Radioactive labeling of the tDNA Ly * 3
Für die Strukturuntersuchungen wurde die tDNA ys3 am 3'Terminus oder alterna¬ tiv 5'Terminus radioaktiv markiert. Die 3'terminale Markierung erfolgte enzyma- tisch mittels "Transferase" und [σ-32P] dd ATP. Die 5'Markierung erfolgte eben¬ falls enzymatisch mittels Polynukleotidkinase und [ -32P] ATP.For the structural examinations, the tDNA ys3 was radioactively marked on the 3'termin or alternatively 5'terminus. The 3'terminal labeling was carried out enzymatically using "transferase" and [σ- 32 P] dd ATP. The 5 'labeling was also carried out enzymatically using polynucleotide kinase and [- 32 P] ATP.
3. Identifizierung einzelsträngiger Thymidine und Adenosine der tDNALy*3 durch chemische Modifizierung Zum Nachweis einzelsträngiger Thymidine wurde die am 3'Terminus radioaktiv markierte tDNALy*3 unter nativen Bedingungen bei 37 °C mit OsO4 (Bipyridin)2 inkubiert. Der Nachweis einzelsträngiger Adenosine erfolgte durch Inkubation der tDNALy83 mit Diethylpyrocarbonat (DEPC). Entsprechende Kontrollreaktionen wurden bei 95 °C durchgeführt. Unter diesen Bedingungen werden alle Thymidi- ne bzw. alle Adenosine chemisch modifiziert, da die tDNALys3 aufgefaltet und somit vollständig einzelsträngig vorliegt. Eine anschließende Pyrimidin Behand¬ lung führt zu Strangbrüchen an den chemisch modifizierten Nukleotiden der tDNA ys3. Die Reaktionsprodukte wurden gelelektrophoretisch analysiert.3. Identification of single-stranded thymidines and adenosines of the tDNA Ly * 3 by chemical modification. To detect single-stranded thymidines, the tDNA Ly * 3 radiolabelled at the 3 'term was incubated under native conditions at 37 ° C with OsO 4 (bipyridine) 2 . Single-stranded adenosines were detected by incubating the tDNA Ly83 with diethyl pyrocarbonate (DEPC). Corresponding control reactions were carried out at 95 ° C. All thymidines and all adenosines are chemically modified under these conditions, since the tDNA Lys3 is unfolded and is therefore completely single-stranded. A subsequent pyrimidine treatment leads to strand breaks on the chemically modified nucleotides of the tDNA ys3 . The reaction products were analyzed by gel electrophoresis.
In Fig. 6 zeigen die Spur (1 ) der OsO4- und die Spur (3) der DEPC-Reaktion die tDNALys3 unter nativen Bedingungen und die Spuren (2) und (4) die tDNALy83 unter denaturierenden Bedingungen. Aus dem Vergleich der Reaktionen unter nativen und denaturierenden geht hervor, daß Thymidine und Adenosine der tDNALys3 existieren, die nicht modifiziert werden und somit basengepaart vor- liegen. Die auf diese Art ermittelte tDNALys3-Struktur ist einer tRNALys3-Struktur analog.In Fig. 6, lane (1) of the OsO 4 and lane (3) of the DEPC reaction show the tDNA Lys3 under native conditions and lanes (2) and (4) show the tDNA Ly83 under denaturing conditions. A comparison of the reactions between native and denaturing agents shows that thymidines and adenosines of tDNA Lys3 exist which are not modified and are therefore paired with bases. The tDNA Lys3 structure determined in this way is a tRNA Lys3 structure analogous.
Beispiel 2: Vergleich der Interaktion des natürlichen Replikationsprimers tRNA' Ly*3 und chemisch synthetisierter tDNALy*3 mit der reversen Trans¬ kriptase (RT) von HIV-1Example 2: Comparison of the interaction of the natural replication primer tRNA ' Ly * 3 and chemically synthesized tDNA Ly * 3 with the reverse transcriptase (RT) of HIV-1
1. Präparation der tRNALy'3 1. Preparation of the tRNA Ly ' 3
Für sämtliche Experimente zum Vergleich struktureller und funktioneller Eigen- Schäften der tRNALyβ3 und tDNALys3 wurde gereinigte, aus Hasenleber isolierte, tRNALys3 verwendet (Raba et al., (1979) Eur.J.Biochem. 97, 305-318). Diese tRNALys3 ist sequenzidentisch mit der humanen tRNALys3.For all experiments comparing the structural and functional properties of the tRNA Lyβ3 and tDNA Lys3 , purified tRNA Lys3 isolated from rabbit liver was used (Raba et al., (1979) Eur.J.Biochem. 97, 305-318). This tRNA Lys3 is identical in sequence to the human tRNA Lys3 .
2. Präparation der HIV-1-RT Zur Synthese rekombinanter HIV-1 -RT wurde das Expressionsplasmid E.coli2. Preparation of the HIV-1 RT. The expression plasmid E. coli was used to synthesize recombinant HIV-1 RT
M15::pDMI.1 ::pRT6H-PR (Le Grice, S.F.J. und Grüninger-Leitch, F. (1990) Eur.J.Biochem. 187, 307-314) verwendet. Die Proteinaufarbeitung erfolgte wie dort beschrieben.M15 :: pDMI.1 :: pRT6H-PR (Le Grice, S.F.J. and Grüninger-Leitch, F. (1990) Eur.J.Biochem. 187, 307-314). The protein processing was carried out as described there.
3. Radioaktive Endmarkierung der tDNALys3 und tRNALyt3 3. Radioactive end labeling of the tDNA Lys3 and tRNA Lyt3
Das 5'Ende der natürlichen tRNALys3 wurde zunächst mit alkalischer Phosphatase dephosphoryliert und anschließend, wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben, mit l -32P] ATP radioaktiv markiert.The 5 'end of the natural tRNA Lys3 was firstly dephosphorylated with alkaline phosphatase and then, as described above in Example 1, with l - 32 P] ATP radiolabeled.
4. Titration der tDNALy"3 und tRNALy*3 mit HIV-1-RT4. Titration of the tDNA Ly " 3 and tRNA Ly * 3 with HIV-1-RT
100 ng tRNALys3 bzw. tDNA y*3 wurden in getrennten Reaktionsansätzen mit verschiedenen RT Mengen bei 37 °C inkubiert. Die Ansätze wurden unter nativen Bedingungen gelelektrophoretisch analysiert. Es zeigte sich, daß beide Nuklein¬ säuren bei einem fünffachen molaren RT Überschuß vollständig vom Protein komplexiert werden. Die RT bindet beide Nukleinsäuren hochkooperativ, da bei einem unwesentlich niedrigeren RT Überschuß (vierfach) sowohl die tDNALys3 als auch die tRNALys3 vollständig unkomplexiert vorliegen.100 ng tRNA Lys3 or tDNA y * 3 were incubated in separate reaction batches with different RT amounts at 37 ° C. The batches were analyzed by gel electrophoresis under native conditions. It was found that both nucleic acids are completely complexed by the protein in a five-fold molar RT excess. The RT binds both nucleic acids highly cooperatively, since at an insignificantly lower RT excess (fourfold), both the tDNA Lys3 and the tRNA Lys3 are completely uncomplexed.
Fig. 7 zeigt die gelelektrophoretische Analyse der beiden band-shift Experimente. Spur C ist die Kontrollspur ohne HIV-1 RT, die weiteren Spuren zeigen die Titration der Nukleinsäure mit HIV-1 RT in den molaren Verhältnissen 1 :1 , 1 :2, 1 :3, 1 :4, 1 :5, 1 :6, 1 :7 und 1 :8. Die Positionen der tRNA/RT- bzw. tDNA/RT- Komplexe und der unkomplexierten Nukleinsäuren sind in der Figur gekenn¬ zeichnet.7 shows the gel electrophoretic analysis of the two band-shift experiments. Lane C is the control lane without HIV-1 RT, the other lanes show the titration of the nucleic acid with HIV-1 RT in the molar ratios 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1: 6, 1: 7 and 1: 8. The positions of the tRNA / RT or tDNA / RT complexes and the uncomplexed nucleic acids are marked in the figure.
Diese Analyse verdeutlicht, daß die natürliche tRNALys3 und die chemisch syn¬ thetisierte tDNALys3 eine vergleichbare Affinität zur HIV-1 -RT aufweisen.This analysis shows that the natural tRNA Lys3 and the chemically synthesized tDNA Lys3 have a comparable affinity for HIV-1-RT.
Beispiel 3: Substratspezifität der RT assoziierten RNaseH DomäneExample 3: Substrate specificity of the RT associated RNaseH domain
1. Synthese des RNA-template1. Synthesis of the RNA template
Das RNA-template wurde enzymatisch durch run-off-Transkription mittels der T7-RNA-Polymerase synthetisiert. Die RNA Sequenz ist in Fig. 8 dargestellt.The RNA template was synthesized enzymatically by run-off transcription using the T7 RNA polymerase. The RNA sequence is shown in Fig. 8.
2. Radioaktive Markierung des RNA-template2. Radioactive labeling of the RNA template
Die radioaktive Markierung am 5'Terminus des RNA-template erfolgte, wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben. Eine 3'terminale Markierung wurde mit [32P] pCp und T4-RNA-Polymerase durchgeführt.The radioactive labeling at the 5 'terminus of the RNA template was carried out as described in Example 1 above. A 3 'terminal labeling was carried out with [ 32 P] pCp and T4-RNA polymerase.
3. Hybridisierung des RNA template mit dem Primer tRNA1 *3 bzw. tDNALys3 3. Hybridization of the RNA template with the primer tRNA 1 * 3 or tDNA Lys3
Primer und template wurden in einem molaren Verhältnis von 1 ,2:1 prähybri¬ disiert. Dabei wurden die Komponenten zunächst Hitze denaturiert, anschließend 10 min. bei 55°C inkubiert und schließlich auf 37°C abgekühlt. Die prähybridis¬ ierten Substrate, 10Ong template/tRNA und 10Ong template/tDNA, wurden an- schließend mit einem dreifachen molaren RT Überschuß 1 min. bei 37 °C inku- biert. Danach erfolgte eine gelelektrophoretische Analyse.The primer and template were prehybridized in a molar ratio of 1.2: 1. The components were first heat denatured, then 10 min. incubated at 55 ° C and finally cooled to 37 ° C. The prehybridized substrates, 10ng template / tRNA and 10ng template / tDNA, were then washed with a triple molar RT excess for 1 min. at 37 ° C beer. This was followed by a gel electrophoretic analysis.
Es zeigte sich, daß das RNA/RNA-Substrat intakt bleibt, während das RNA/DNA- Substrat durch die RT-assoziierte RNaseH Aktivität hydrolysiert wird.It was shown that the RNA / RNA substrate remains intact, while the RNA / DNA substrate is hydrolyzed by the RT-associated RNaseH activity.
Beispiel 4: Katalytische Hydrolyse der Primer-Bindungsstelle durch HIV-1-RT, Nukleokapsid Protein (NCp7) und tDNALy*3 unter nativen Bedingun¬ genExample 4: Catalytic hydrolysis of the primer binding site by HIV-1-RT, nucleocapsid protein (NCp7) and tDNA Ly * 3 under native conditions
1. NCp7 Synthese1. NCp7 synthesis
Es wurde chemisch synthetisiertes NCp7 verwendet (De Rocquigny et al., (1992) Proc.Natl.Acad, Sei. USA 89, 6472-6476).Chemically synthesized NCp7 was used (De Rocquigny et al., (1992) Proc.Natl.Acad, Sci. USA 89, 6472-6476).
2. Kinetische Analyse der RNA Hydrolyse2. Kinetic analysis of RNA hydrolysis
55 pmol RNA-template wurden mit 5,5 pmol tDNALyβ3 und 15 pmol RT bei 37°C inkubiert. In getrennten Reaktionsansätzen wurde zusätzlich mit 20 pmol NCp7 inkubiert. Die Reaktionen wurden nach verschiedenen Zeitpunkten gestoppt und gelelektrophoretisch analysiert.55 pmol RNA template were incubated with 5.5 pmol tDNA Lyβ3 and 15 pmol RT at 37 ° C. In separate reaction batches, 20 pmol of NCp7 was additionally incubated. The reactions were stopped after various times and analyzed by gel electrophoresis.
Fig. 9 zeigt, daß in Anwesenheit von NCp7 der lOfache molare RNA-Überschuß vollständig hydrolysiert wird. Die RNA-Hydrolyse wird gegenüber der Kontroll¬ reaktion ohne NCp7 20fach beschleunigt. Ferner zeigt es sich, daß HIV-I-RT, NCp7 und tDNALys3 die Komponenten eines Systems zur gezielten katalytischen Degradierung der Primer-Bindungsstelle darstellen. Da vorstehende Reaktions¬ bedingungen nativen Bedingungen entsprechen, ist das erhaltene Ergebnis von größter Bedeutung für die in vivo Anwendung der vorliegenden Erfindung.FIG. 9 shows that in the presence of NCp7 the 10-fold molar excess of RNA is completely hydrolyzed. The RNA hydrolysis is accelerated 20-fold compared to the control reaction without NCp7. It also shows that HIV-I-RT, NCp7 and tDNA Lys3 are the components of a system for the targeted catalytic degradation of the primer binding site. Since the above reaction conditions correspond to native conditions, the result obtained is of the greatest importance for the in vivo application of the present invention.
3. Weitere Analyse mit einem HIV-1 wildtyp RNA template Das vorstehende, unter 2. beschriebene, Experiment wurde analog mit einem HIV-1 wildtyp RNA template durchgeführt (Länge ca. 320 Nukleotide). Dieses RNA template ist durch die natürliche Struktur des viralen RNA Genoms gekenn¬ zeichnet. Auch bei diesem Versuch, bei dem die natürliche Situation weitestge- hend simuliert werden konnte, wurde gezeigt, daß die PBS in Anwesenheit von NCp7 oder alternativ durch Prähydbridisierung degradiert wird. Somit werden strukturierte RNA- und DNA Moleküle durch NCp7 aufgefaltet, spezifisch hybri¬ disiert und als Substrat der RT assozierten RNase H verwendet. Dieses Ergebnis impliziert, daß auch der natürliche, im Virus-Kapsid verpackte, Replikationsprimer tRNALys3 das Ziel einer DNA induzierten Hydrolyse sein kann. Bei dieser Reaktion fungiert die tRNALys3 als RNA template der RT/RNase H katalysierten RNA3. Further analysis with an HIV-1 wild-type RNA template The above experiment, described under 2., was carried out analogously with a HIV-1 wild-type RNA template performed (length approx. 320 nucleotides). This RNA template is characterized by the natural structure of the viral RNA genome. In this experiment, too, in which the natural situation could be largely simulated, it was shown that the PBS is degraded in the presence of NCp7 or alternatively by prehydbridization. Thus structured RNA and DNA molecules are unfolded by NCp7, specifically hybridized and used as a substrate of the RNase H associated with RT. This result implies that the natural replication primer tRNA Lys3 packaged in the virus capsid can also be the target of DNA-induced hydrolysis. In this reaction, the tRNA Lys3 acts as an RNA template for the RT / RNase H-catalyzed RNA
Hydrolyse. Analog kann auch ein Ribozym zur tRNALys3 Hydrolyse eingesetzt werden. Durch die Kolokalisation der Rektionspartner im Kapsid (erfindungs¬ gemäße Nukleinsäure, tRNALys3, RT und NCp7) wird nur die selektionierte tRNA" Lys3 und nicht die cytoplasmatische tRNA hydrolysiert. Hydrolysis. Analogously, a ribozyme can also be used for tRNA Lys3 hydrolysis. The colocalization of the rection partners in the capsid (nucleic acid according to the invention, tRNA Lys3 , RT and NCp7) means that only the selected tRNA " Lys3 and not the cytoplasmic tRNA is hydrolyzed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Nukleinsäure mit einer an eine RNA bindende Sequenz, wobei ein Teil der Nukleinsäure1. Nucleic acid with a sequence binding to an RNA, part of the nucleic acid
(a) die Aktivität einer RNase H initiiert und eine DNA-Sequenz ist, und/- oder(a) initiates the activity of an RNase H and is a DNA sequence, and / - or
(b) die Aktivität einer reversen Transkriptase an einer von der Primer- Bindungsstelle verschiedenen Stelle initiiert und eine RNA-Sequenz ist.(b) the activity of a reverse transcriptase is initiated at a site other than the primer binding site and is an RNA sequence.
2. Nukleinsäure nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sequenz an eine virale und/oder zelluläre RNA bindet.2. Nucleic acid according to claim 1, characterized in that the sequence binds to a viral and / or cellular RNA.
3. Nukleinsäure nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zelluläre RNA die tRNALys3 ist.3. Nucleic acid according to claim 2, characterized in that the cellular RNA is the tRNA Lys3 .
4. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure Strukturelemente aufweist, die ihre Kolokalisation mit der zu bindenden RNA erlauben.4. Nucleic acid according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nucleic acid has structural elements which allow its colocalization with the RNA to be bound.
5. Nukleinsäure nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur¬ elemente analog zu denen sind, die auch eine Kolokalisation von tRNA und viraler RNA erlauben.5. Nucleic acid according to claim 4, characterized in that the structural elements are analogous to those which also allow a colocalization of tRNA and viral RNA.
6. Nukleinsäure nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente an eine Reverse Transkriptase und/oder ein Nukleokapsid- Protein binden.6. Nucleic acid according to claim 4 or 5, characterized in that the structural elements bind to a reverse transcriptase and / or a nucleocapsid protein.
7. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente von der tRNA Lys3 stammen.7. Nucleic acid according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the structural elements come from the tRNA Lys3 .
8. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure tDNALys3 modulierte tDNALys3 ist.8. Nucleic acid according to one of claims 4 to 7, characterized in that the nucleic acid is tDNA Lys3 modulated tDNA Lys3 .
9. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure modulierte tRNA ys3 ist.9. Nucleic acid according to one of claims 4 to 7, characterized in that the nucleic acid is modulated tRNA ys3 .
10. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure eine Chimäre aus Teilen von tDNALys3 oder modulierter tDNALys3 sowie von tRNALys3 oder modulierter tRNALys3 ist.10. Nucleic acid according to one of claims 4 to 7, characterized in that the nucleic acid is a chimera of parts of tDNA Lys3 or modulated tDNA Lys3 and of tRNA Lys3 or modulated tRNA Lys3 .
1 1 . Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure mit einer die Virusvermehrung hemmenden Substanz gekoppelt ist.1 1. Nucleic acid according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the nucleic acid is coupled to a substance which inhibits virus multiplication.
12. Nukleinsäure nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz ein Ribozym ist.12. Nucleic acid according to claim 1 1, characterized in that the substance is a ribozyme.
13. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 4 bis 6, die Strukturelemente analog zu denen der zellulären tRNALys3 aufweist.13. Nucleic acid according to one of claims 4 to 6, which has structural elements analogous to those of the cellular tRNA Lys3 .
14. Nukleinsäure nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genann¬ ten Sturkturelemente an eine Reverse Transkriptase und/oder ein Nukleokap- sid-Protein binden.14. Nucleic acid according to claim 13, characterized in that the genann¬ th structural elements bind to a reverse transcriptase and / or a nucleocapsid protein.
15. Nukleinsäure nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Reverse Transkriptase oder das Nukleokapsid-Protein vom Hl- Virus stam¬ men.15. Nucleic acid according to claim 14, characterized in that said reverse transcriptase or the nucleocapsid protein stems from the HIV virus.
1 6. Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Bindung der Nukleinsäure die Bindung von zellulärer tRNA' ys3kompetitiv hemmt.1 6. Nucleic acid according to one of claims 1 3 to 1 5, characterized gekennzeich¬ net that the binding of the nucleic acid, the binding of cellular tRNA ' competitively inhibits ys3 .
17. Substanzen, welche Strukturmerkmale aufweisen, die an eine Reverse Transkriptase und/oder ein Nukleokapsid-Protein binden, wobei die Sub¬ stanzen Verbindungen von Aminosäuren und/oder Nukleotiden und/oder weitere organische Verbindungen sein können.17. Substances which have structural features which bind to a reverse transcriptase and / or a nucleocapsid protein, it being possible for the substances to be compounds of amino acids and / or nucleotides and / or further organic compounds.
18. Substanzen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gebundene Reverse Transkriptase oder das Nukleokapsid-Protein vom HI-Virus stam¬ men.18. Substances according to claim 17, characterized in that the bound reverse transcriptase or the nucleocapsid protein stems from the HI virus.
19. Substanzen nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung dieser Substanzen die Bindung von zellulärer tRNALys3 an die Re¬ verse Transkriptase oder ein Nukleokapsid Protein kompetitiv hemmt.19. Substances according to claim 17 or 18, characterized in that the binding of these substances competitively inhibits the binding of cellular tRNA Lys3 to the reverse transcriptase or a nucleocapsid protein.
20. Verfahren zur Herstellung der Nukleinsäure nach Anspruch 1 , umfassend folgende Verfahrensschritte:20. A method for producing the nucleic acid according to claim 1, comprising the following method steps:
(a) Anbindung eines aktivierten ß-Cyanoethyl-Nukleotids an einen Träger,(a) binding an activated β-cyanoethyl nucleotide to a support,
(b) Abspaltung der δ'-Dimethoxytrityl-Schutzgruppe des Nukleotids von (a),(b) cleavage of the δ'-dimethoxytrityl protective group of the nucleotide from (a),
(c) Hinzufügung eines weiteren aktivierten ß-Cyanoethyl-Nukleotids,(c) addition of a further activated β-cyanoethyl nucleotide,
(d) Oxidation oder ggfs. Modifizierung der Phosphitgruppe des Zucker- Phosphat-Rückgrates,(d) oxidation or, if necessary, modification of the phosphite group of the sugar-phosphate backbone,
(e) Abbindung der noch freien 5'-Hydroxyl-Gruppen mit einer Schutz¬ gruppe, und(e) binding the still free 5'-hydroxyl groups with a protective group, and
(f) Durchführung eines weiteren Synthesezyklus oder Abspaltung der Nukleotidkette vom Träger.(f) carrying out a further synthesis cycle or cleaving the nucleotide chain from the carrier.
21. Verwendung der Nukleinsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Medikament oder Bestandteil einer Medikamentenzubereitung zur Hydrolyse von RNA.21. Use of the nucleic acid according to one of claims 1 to 13 as a medicament or part of a medicament preparation for hydrolysis of RNA.
22. Verwendung nach Anspruch 21 , wobei die RNA virale oder zelluläre RNA ist.22. Use according to claim 21, wherein the RNA is viral or cellular RNA.
23. Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die RNA-Hydrolyse zur Hemmung viraler Replikation dient.23. Use according to claim 21 or 22, wherein the RNA hydrolysis serves to inhibit viral replication.
24. Verwendung nach Anspruch 23, wobei die Replikation von Retroviren, insbesondere HI-Viren, gehemmt wird.24. Use according to claim 23, wherein the replication of retroviruses, in particular HI viruses, is inhibited.
25. Verwendung der Substanzen nach einem der Ansprüche 13 bis 19 als Medi¬ kament oder Bestandteil einer Medikamentenzubereitung zur kompetitiven Blockierung der Bindungsstelle für tRNALys3 an einer Reversen Transkriptase oder einem Nukleokapsid-Protein.25. Use of the substances according to one of claims 13 to 19 as a medicament or part of a medicament preparation for the competitive blocking of the binding site for tRNA Lys3 on a reverse transcriptase or a nucleocapsid protein.
26. Verwendung nach Anspruch 25, wobei die Reverse transkriptase oder das Nukleokapsid-Protein vom HI-Virus stammen.26. Use according to claim 25, wherein the reverse transcriptase or the nucleocapsid protein are derived from the HI virus.
27. Verwendung nach Anspruch 26, wobei die Replikation des HI-Virus ge¬ hemmt wird. 27. Use according to claim 26, wherein the replication of the HI virus is inhibited.
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