用于纳米孔测序的易位控制元件、报告子代码和用于易位控制的其他手段制造技术

技术编号:32440663 阅读:22 留言:0更新日期:2022-02-26 08:01
本发明专利技术提供了基于氨基磷酸酯的单体,其用于合成用于基于纳米孔的感测的可膨胀聚合物。此类单体包含报告子构建体,所述报告子构建体包含第一报告子代码、带有易位控制元件的对称化学分支和第二报告子代码,其中所述报告子构建体的末端连接至氨基磷酸酯

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于纳米孔测序的易位控制元件、报告子代码和用于易位控制的其他手段


[0001]本专利技术总体上涉及新的合成报告子构建体,更具体地涉及新的无核苷酸、基于亚磷酰胺的易位控制元件、报告子代码和在穿过纳米孔时产生独特信号的其他特征,及其制造和利用方法,特别是在基于纳米孔的聚合物测序方法中。

技术介绍

[0002]生物分子的测量是现代医学的基础,广泛用于医学研究,更具体地用于诊断和治疗,以及药物开发。核酸编码生命体活动和繁殖所必需的信息,本质上是生命的蓝图。确定此类蓝图在纯研究和应用科学中都有用。在医学中,测序可用于诊断和研发用于各种病症的治疗方法,包括癌症、心脏病、自身免疫性疾病、多发性硬化症和肥胖症。在工业中,测序可用于设计改进的酶促过程或合成生物。例如,在生物学中,该工具可用于研究生态系统的健康,因此具有广泛的用途。类似地,蛋白质和其他生物分子的测量提供了标志物和对疾病和病原传播的了解。
[0003]个体独特的DNA序列提供了有关他们对某些疾病的易感性的宝贵信息。它还为患者提供了筛查以早期发现和/或接受预防性治疗的机会。此外,根据患者的个人蓝图,临床医生将能够施用个性化疗法,以最大限度地提高药物疗效和/或最大限度地降低药物不良反应的风险。类似地,确定病原生物的蓝图可以为传染病提供新的治疗和更稳健的病原体监测。低成本的全基因组DNA测序将为现代医学奠定基础。为了实现该目标,测序技术必须在通量、准确性和读段长度方面不断进步。
[0004]在过去的十年中,大量的下一代DNA测序技术已经可商购,已大大降低了全基因组测序的成本。这些包括边合成边测序(

SBS

)平台(Illumina,Inc.,454 Life Sciences,Ion Torrent,Pacific Biosciences)和基于类似连接的平台(Complete Genomics,Life Technologies Corporation)。许多其他技术正在开发中,这些技术利用了各种各样的样品处理和检测方法。例如,GnuBio公司(Cambridge,Mass.)使用皮升反应容器来控制数百万个谨慎的探针测序反应,而Halcyon Molecular(Redwood City,Calif.)正在尝试开发使用透射电子显微镜进行直接DNA测量的技术。
[0005]基于纳米孔的核酸测序是一种已被广泛研究的引人注目的方法。Kasianowicz等人(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 93:13770

13773,1996)在单链多核苷酸电易位通过嵌入脂双层中的α溶血素纳米孔时,表征了单链多核苷酸。已经证明,在多核苷酸易位期间,可以测量纳米孔孔口的部分堵塞作为离子电流降低的量度。然而,纳米孔中的多核苷酸测序因必须解析紧密间隔的碱基(0.34nm)而承受沉浸在显著背景噪音中的小信号差异。由于观察到多核苷酸的快速易位速率,通常大约为每微秒1个碱基,因此纳米孔中单碱基分辨率的测量挑战变得更加苛刻。可以通过调整运行参数(例如电压、盐成分、pH、温度和粘度等)来降低易位速度。然而,这种调整无法将易位速度降低到允许单碱基分辨率的水平。
[0006]Stratos Genomics开发了一种称为扩展测序(“SBX”)的方法,该方法使用生化过
程将DNA序列转录到称为“Xpandomer”的可测量聚合物上(Kokoris等人,美国专利号7,939,259

High Throughput Nucleic Acid Sequencing by Expansion

)。转录的序列沿Xpandomer主链在高信噪比报告子中编码,所述报告子相隔约10nm,专为高信噪比、分化良好的反应而设计。这些差异在Xpandomer相对于天然DNA的序列读段效率和准确性方面提供了显著的性能增强。Xpandomer可以实现多种下一代DNA测序检测技术,并且非常适合纳米孔测序。
[0007]纳米孔已被证明是强大的放大器,就像它们被高度开发的前身库尔特计数器一样。然而,任务是DNA的碱基识别的当代有机纳米孔(诸如溶血素和MspA)是在自然界中不与DNA相互作用的跨膜蛋白。它们没有控制DNA易位的天然功能。这是一个公认的缺点,一些人试图通过在纳米孔附近添加蛋白质马达的功能来纠正。例如,Akeson的团队在α

溶血素纳米孔附近添加了聚合酶,以便ss

DNA可以以受控的速率被送入孔中(参见G.M.Cherf等人

Automated forward and reverse ratcheting of DNA in a nanopore at 5

A precision,

Nat Biotech,vol.advance online publication,February 2012)。这种方法使测定复杂化,并强制α溶血素中的测量区域与聚合酶中的位置控制分离,这可能会给测量带来额外的噪声和序列依赖性变化。
[0008]在另一种称为杂交易位控制(TCH)的方法中,通过使用杂交产生的结构暂停纳米孔易位事件,所述结构解离以进行易位(参见,例如,授予McRuer和Kokoris的美国专利号10,457,979)。Akeson等人(美国专利号6,465,193)首先通过用顺序发夹双链区暂停DNA易位来证明这一点。易位在双链体处停止,因为它大于α

溶血素纳米孔的孔口。当双链体因随机热波动而释放时,易位进行到下一个双链体。在每次暂停期间,可以测量和识别位于纳米孔中(与双链体相邻)的DNA区域。当应用于纳米孔测序时,这种用于易位控制的双链方法存在局限性,包括双链体形成不完全或杂交填充率以及双链体解离的随机性,这可能会导致缺失或插入事件。无法本地化的插入和缺失会严重降低数据质量。
[0009]虽然在此领域取得了重大进展,但是商业上可行的易位控制的实施,例如使用Xpandomer,将受益于克服由双链引起的限制的改进。本专利技术满足这些需要并提供如下文所述的进一步的相关优点。
[0010]背景部分中讨论的所有主题都不一定是现有技术,不应仅仅因为其在背景部分中的讨论而被假定为现有技术。沿着这些思路,除非明确说明是现有技术,否则对背景部分中讨论的或与此类主题相关的现有技术中的问题的任何认识不应被视为现有技术。相反,背景部分中对任何主题的讨论都应被视为专利技术人解决特定问题的方法的一部分,其本身也可能具有创造性。

技术实现思路

[0011]简而言之,公开了用于改进聚合物分析物(例如,Xpandomer)的纳米孔测序(例如,产生具有更高读取长度、准确度和/或通量的序列)的化合物(例如,XNTP)和方法,所述化合物包括由一系列新颖亚磷酰胺单体单元合成的聚合物报告子和连接基构建体。
[0012]在一些实施例中,聚合物构建体可被设计成完全没有核苷酸。
[0013]在一个方面,本本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有以下结构的化合物:其中R为OH或H;核碱基是腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶或核碱基类似物;报告子构建体是具有第一末端和第二末端的聚合物,并且包含从所述第一末端到所述第二末端串联的第一报告子代码、带有易位控制元件的对称化学分支和第二报告子代码;连接基A将α氨基磷酸酯的氧原子接合到所述报告子构建体的所述第一末端;连接基B将所述核碱基接合到所述报告子构建体的所述第二末端;并且其中所述易位控制元件是包含两个或更多个选自以下的重复单元的聚合物:1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b)、1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35b)、1,3

O

双(磷酸二酯)

2s

O

mPEG6

丙烷(化合物12c)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
O

mPEG2

丙烷(化合物16)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(5

苯并呋喃)

丙烷(化合物20i)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
(4

甲基哌嗪
‑1‑
基)

丙烷(化合物20j)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N1

(2

Me
‑5‑
硝基吲哚)

丙烷(化合物20g)、1,8

O

双(磷酸二酯)

N,N

二乙基哌嗪(化合物26h)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
(4

(Me

O

PEG3

O

Bz)
‑1‑
(1,2,3

三唑))

丙烷(化合物31d)、1,3

O

双(磷酸二酯)

2s

O

(4

(Me

O

PEG2)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35a)、1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35c)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG7)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35d)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Me

乙酸酯)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35e)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37a)、1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Ac))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37b)、1,3

O

双(磷酸二酯

2S

O

(PEG4

O

Bz)

丙烷(化合物38b)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(Me

O

mPEG2)

丙烷(化合物45b)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG2

O

Me)
‑1‑
(Et

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47f)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG3

O

Me)
‑1‑
(Et

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47g)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG3

O

Me)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47i)或1,3

O

双(磷酸二酯

2,2


(1

Me
‑4‑
(Me

O

PEG2

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物52)。2.根据权利要求1所述的化合物,其中R为OH。3.根据权利要求1所述的化合物,其中R为H。4.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为腺嘌呤。5.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为胞嘧啶。6.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为鸟嘌呤。7.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为胸腺嘧啶。8.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为尿嘧啶。9.根据权利要求1

3中任一项所述的化合物,其中核碱基为核碱基类似物。10.根据权利要求1

9中任一项所述的化合物,其中所述对称化学分支选自1,2,3

O



(磷酸二酯)

丙烷、1,3



(5

O

磷酸二酯

戊基酰胺基)
‑2‑
O

磷酸二酯

丙烷和1,4,7

O



(磷酸二酯)

庚烷。11.根据权利要求1

9中任一项所述的化合物,其中所述对称化学分支是1,2,3

O



(磷酸二酯)

丙烷。12.根据权利要求1

11中任一项所述的化合物,其中所述易位控制元件是包含两个或更多个选自表1A的重复单元的聚合物。13.根据权利要求1

11中任一项所述的化合物,其中所述易位控制元件是包含两个或更多个选自以下的重复单元的聚合物:1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b)和1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35b)。14.根据权利要求1

11中任一项所述的化合物,其中所述易位控制元件是包含以下序列的聚合物:[(1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b))]n1[(1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35b))]n2,其中n1为0至6且n2为6至10。15.根据权利要求1

14中任一项所述的化合物,其中所述第一报告子代码和所述第二报告子代码是相同的。16.根据权利要求1

14中任一项所述的化合物,其中所述第一报告子代码和所述第二报告子代码是包含两个或更多个选自以下的重复单元的聚合物:六乙二醇(D)、乙烷(L)、三乙二醇(X)、1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b)、1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35b)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(Me

O

mPEG2)

丙烷(化合物45b)、1,3

O

双(磷酸二酯

2S

O

(PEG4

O

Bz)

丙烷(化合物38b)、1,3

O

双(磷酸二酯)

2s

O

mPEG6

丙烷(化合物12c)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37a)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Me

乙酸酯)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35e)、1,3

O

双(磷酸二酯)

2s

O

(4

(Me

O

PEG2)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35a)、1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Et
‑1‑
(Et

O

mPEG1)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物31a)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(1

二甲氧基喹唑啉二酮)

丙烷(化合物20c)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N9

(3,6

二甲氧基咔唑)

丙烷(化合物20e)、1,1'

O

双(磷酸二酯)

2,2'

(磺酰基双(苄
‑4‑
基))

二乙醇(化合物26d)、1,1'

O

双(磷酸二酯)

2,2'

联吡啶

4,4'

基)

二甲醇(化合物26a)、2,
3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N1

(4,6

二甲氧基
‑3‑
Me

吲哚)

丙烷(化合物20b)、3

(1,2

O

双(磷酸二酯)

丙基)

8,8

二甲基六氢

3H

3a,6

甲桥苯并[c]异噻唑2,2

二氧化物(化合物20d)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N1

(6

氮杂胸腺嘧啶))

丙烷(化合物20f)、1,5

O

双(磷酸二酯)

六氢呋喃并[2,6]呋喃(化合物23)、1,1'

O

双(磷酸二酯)

八氢

2,6

二甲基

3,8:4,7

二甲桥

2,6

萘啶

4,8

二基)

二甲醇(化合物26e)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N1

(2

Me
‑5‑
硝基吲哚)

丙烷(化合物20h)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(N1

(2

Me
‑5‑
硝基吲哚)

丙烷(化合物20g)、2,3

O

双(磷酸二酯)
‑1‑
(5

苯并呋喃)

丙烷(化合物20i)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
O

mPEG2

丙烷(化合物5b)、1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Et
‑1‑
(Et

O

mPEG3)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物31b)和1,3

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
O

mPEG4

丙烷(化合物5a)。17.根据权利要求1

14中任一项所述的化合物,其中所述第一报告子代码和所述第二报告子代码是包含两个或更多个选自六乙二醇、乙烷、三乙二醇和表1A中所列任何化合物的重复单元的聚合物。18.根据权利要求1

14中任一项所述的报告子代码,其中所述第一报告子代码和所述第二报告子代码是包含两个或更多个选自六乙二醇、乙烷、三乙二醇和1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b)的重复单元的聚合物。19.根据权利要求1

14中任一项所述的化合物,其中所述第一报告子代码和所述第二报告子代码是包含选自以下的序列的聚合物:(i)[(六乙二醇)2(乙烷)3(六乙二醇)(三乙二醇)],(ii)[(六乙二醇)2(1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b))2(乙烷)(三乙二醇)3],(iii)[(六乙二醇)2(1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b))3(乙烷)2(六乙二醇)(三乙二醇)]和(iv)[(三乙二醇)2(乙烷)(1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b))6(乙烷)7]。20.根据权利要求1

19中任一项所述的化合物,其中连接基A和连接基B是包含两个或更多个选自以下的重复单元的聚合物:精胺(Q)、六乙二醇(D)、2

((4

((3

(苯甲酰氧基)
‑2‑
(((1

(3

(苯甲酰氧基)
‑2‑
((苯甲酰氧基)甲基)
‑2‑
((磷酸二酯

氧基)甲基)丙基)

1H

1,2,3

三唑
‑4‑
基)甲氧基)甲基)
‑2‑
((苯甲酰氧基)甲基)丙氧基)甲基)

1H

1,2,3

三唑
‑1‑
基)甲基)
‑2‑
O

磷酸二酯

丙烷

1,3

二基二苯甲酸酯(化合物62)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(1

Me
‑4‑
(Me

O

PEG2

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物52)、1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35c)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG7)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35d)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37a)、1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Ac))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37b)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
(4

(Me

O

PEG3

O

Bz)
‑1‑
(1,2,3

三唑))

丙烷(化合物31d)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG2

O

Me)
‑1‑
(Et

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47f)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG3

O

Me)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47i)、1,2

O

双(磷酸二酯)
‑3‑
(4

甲基哌嗪
‑1‑
基)

丙烷(化合物20j)、1,3

O

双(磷酸二酯

2,2

双(4

(Me

O

PEG3

O

Me)
‑1‑
(Et

O

Bz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物47g)和1,1'

O

双(磷酸二酯)

N(对甲苯基)

二乙醇胺(化合物26b)。21.根据权利要求1

19中任一项所述的化合物,其中连接基A和连接基B是包含两个或
更多个选自精胺和表1A中所列任何化合物的重复单元的聚合物。22.根据权利要求1

19中任一项所述的化合物,其中连接基A和连接基B包含含有两个精胺重复单元的聚合酶增强区。23.根据权利要求1

22中任一项所述的化合物,其中连接基A和连接基B包含含有两个或更多个选自以下的重复单元的易位减速区:1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35c)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG7)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35d)、1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Bz))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37a)和1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Ac))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37b)。24.根据权利要求1

22中任一项所述的化合物,其中连接基A和连接基B包含含有选自以下的聚合物的易位减速区:(i)[((六乙二醇)(1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35c))3(六乙二醇)2]、(ii)[((六乙二醇)(1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35c))4(六乙二醇)2]、(iii)[((六乙二醇)(1,3

O

双(磷酸二酯

2s

O

(4

(Me

O

PEG7)
‑1‑
(Et

OBz)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物35d))4(六乙二醇)2]和(iv)[((六乙二醇)(1,3

O

双(磷酸二酯
‑2‑
(4

(Me

O

PEG5)
‑1‑
(Et

2,2,2



(Me

O

Ac))

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物37b))4(六乙二醇)2]。25.根据权利要求1

24中任一项所述的化合物,其中连接基A通过包含三唑的键合接合至所述α氨基磷酸酯的所述氧原子。26.根据权利要求1

24中任一项所述的化合物,其中连接基B通过包含三唑的键合接合至所述核碱基。27.一种报告子构建体,其包含具有第一末端和第二末端的聚合物,并且包含从所述第一末端到所述第二末端串联的第一报告子代码、带有易位控制元件的对称化学分支和第二报告子代码;并且其中所述易位控制元件是包含两个或更多个选自以下的重复单元的聚合物:1,3

O

双(磷酸二酯)

2S

O

mPEG4

丙烷(化合物12b)、1,3

O

双(磷酸二酯)
‑2‑
(4

Me

O

PEG3)
‑1‑
(Et

O

Ac)

1,2,3

三唑)

丙烷(化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员:D
申请(专利权)人:斯特拉托斯基因公司
类型:发明
国别省市:

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