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JP2003038177A - Method for preparing library of dna having modified target base sequence - Google Patents

Method for preparing library of dna having modified target base sequence

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Publication number
JP2003038177A
JP2003038177A JP2001232520A JP2001232520A JP2003038177A JP 2003038177 A JP2003038177 A JP 2003038177A JP 2001232520 A JP2001232520 A JP 2001232520A JP 2001232520 A JP2001232520 A JP 2001232520A JP 2003038177 A JP2003038177 A JP 2003038177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna
primer
base sequence
sequence
library
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001232520A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Suzuki
勉 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2001232520A priority Critical patent/JP2003038177A/en
Publication of JP2003038177A publication Critical patent/JP2003038177A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of randomly modifying a base sequence in every region of the sequence and controlling degree of randomness connected with the modified site of the base sequence and the modified base sequence in preparation of a DNA library. SOLUTION: In one of a primer pair, a target region is designed using N (mix of A, T, G and C) and a primer (a first primer) combined with a base sequence complementary to a template DNA at the both side of the target region is designed. In the other side of the primer pair, a primer including a base sequence complementary to an adhesive part of the 5' side of the first primer. Polymerase chain reaction is performed using such designed primer pair and a DNA including the target sequence as a template. If necessary, degradation treatment of the template DNA is performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、標的塩基配列が改
変されたDNAライブラリーの作製方法、該方法のための
キット、および、該方法により得られるDNAライブラリ
ーに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for preparing a DNA library having a modified target base sequence, a kit for the method, and a DNA library obtained by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体高分子であるタンパク質とRNAはと
もにDNAの最終産物として生命活動における様々な機能
を担っている。ゲノム解析によってヒトの遺伝子は約4
万種類存在することが示唆されているが、機能がわかっ
ているものはそのうちの半分にも見たず、約2.4万種類
の遺伝子が機能未知遺伝子として報告された。最終的に
これらの遺伝子の機能を明らかにすることが当面の課題
となるであろう。さらには遺伝子間、ひいてはその産物
であるタンパク質、RNA間の相互作用の基本原理やネッ
トワークを解明することが、生命を理解する上での最も
効果的なアプローチと成りうるであろう。
2. Description of the Related Art Proteins and RNAs, which are biopolymers, have various functions in life activities as end products of DNA. About 4 human genes by genome analysis
Although it has been suggested that there are tens of thousands of genes, none of them have known functions, and about 244,000 genes were reported as unknown genes. Ultimately, the elucidation of the function of these genes will be the immediate task. Furthermore, elucidation of the basic principles and networks of interactions between genes, and by extension the proteins and RNAs that are their products, could be the most effective approach to understanding life.

【0003】タンパク質やRNAは翻訳後、あるいは転写
後に自発的に折りたたまることによって、立体的な分子
として、初めて触媒活性を有することができ、他のタン
パク質と相互作用ができるようになる。その情報はもと
もとタンパク質のアミノ酸配列やRNAの塩基配列といっ
た1次構造にインプットされており、DNAの塩基配列と
いう形態でゲノム中に保存されている。したがって、長
い生物進化の過程において各遺伝子の配列は、その最終
産物であるタンパク質やRNAの機能発現という制約のも
とに選択され、保存され続けている。細菌からヒトに至
る様々な生物種において保存されている遺伝子の場合、
機能的に重要でない領域の変異率は高く、一方で機能的
に不可欠な領域には高い保存性が観測される。保存性の
高い領域は、触媒中心であったり、高次構造の形成に重
要な部位であったり、他の分子と相互作用する領域であ
ったりすることが、様々な生化学的な実験や構造生物学
的な解析から証明されている。すなわち、DNAの塩基配
列の保存性に機能的重要性を見出すことができる。種を
超えて保存されている領域は機能的に選択されてきたこ
とを意味し、ある程度重要な配列であることが予想され
る。
By spontaneously folding a protein or RNA after translation or after transcription, it can have catalytic activity for the first time as a three-dimensional molecule and can interact with other proteins. The information is originally input into the primary structure such as the amino acid sequence of protein or the base sequence of RNA, and is stored in the genome in the form of the base sequence of DNA. Therefore, in the process of long biological evolution, the sequences of each gene are continuously selected and conserved under the constraint of functional expression of the final product, protein or RNA. In the case of genes that are conserved in various species from bacteria to humans,
The mutation rate of the functionally insignificant region is high, while high conservation is observed in the functionally indispensable region. The highly conserved region is the center of the catalyst, is an important site for the formation of higher-order structures, and is a region that interacts with other molecules. Proven from biological analysis. That is, it is possible to find functional importance in the conservation of the nucleotide sequence of DNA. Regions that are conserved across species have been functionally selected and are expected to be somewhat important sequences.

【0004】機能的に重要な配列を同定するためには、
一般的に、DNAの塩基を変異させた変異体を作製し、変
異体が変異前のDNAの機能を保持するか否かを検討す
る。例えば、部位特異的変異導入法により保存配列に変
異を導入し、得られた変異体の活性や性質を調べ、変異
が導入された配列が機能的に重要か否かの検討が行なわ
れてきた。
In order to identify functionally important sequences,
Generally, a mutant in which the base of DNA is mutated is prepared, and it is examined whether or not the mutant retains the function of DNA before mutation. For example, mutations have been introduced into conserved sequences by the site-directed mutagenesis method, the activity and properties of the obtained mutants have been investigated, and it has been investigated whether the mutation-introduced sequences are functionally important. .

【0005】部位特異的変異導入法として、従来はKunk
elらの方法(Kunkel, T. A., (1985)Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 82,488)が盛んに行われていたが、操作が煩
雑で時間もかかるため、最近ではPCRを活用した方法(Qu
ick ChangeTM Site-DirectedMutagenesis Kit, Stratag
ene)が好んで用いられるようになった。しかし、1つの
部位に変異を導入する場合、他の19通りのアミノ酸すべ
てに置換した変異体を作成することは現実的ではなく、
通常は、親水性、疎水性、電荷などを指標として、ある
程度意図的に変換するアミノ酸を決めて変異体をデザイ
ンすることになる。また、複数の部位に同時に変異を導
入する場合はさらに変異体のバリエーションは大きくな
り、一般的にN箇所の部位に変異を導入する場合は20N
りの配列のバリエーションが生じることになる。こうな
ると部位特異的変異導入法によりすべての変異体を作成
することは非現実的である。
Conventionally, Kunk has been used as a site-directed mutagenesis method.
el et al. (Kunkel, TA, (1985) Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 82, 488) was widely used, but since the operation is complicated and time consuming, a method using PCR (Qu
ick Change TM Site-Directed Mutagenesis Kit, Stratag
ene) has come to be used favorably. However, when introducing a mutation at one site, it is not realistic to create a mutant in which all 19 other amino acids are substituted,
Usually, a mutant is designed by intentionally determining an amino acid to be converted to some extent, using hydrophilicity, hydrophobicity, electric charge, etc. as an index. In addition, when mutations are introduced into a plurality of sites at the same time, the variation of the mutant is further increased, and in general, when mutations are introduced into N sites, 20 N kinds of sequence variations occur. In this case, it is unrealistic to create all mutants by the site-directed mutagenesis method.

【0006】そこで、DNAの塩基配列をランダムに改変
した変異体から構成されるDNAライブラリーを作成し、
このDNAライブラリーから機能的に重要な配列を選択す
るという方法が用いられている。DNAの塩基配列をラン
ダムに改変する方法としては、これまでに、DNAポリメ
ラーゼによるDNA合成の正確さを低下させるPCR法(Leun
g, D. W. et. al., Techinique 1: 11-15)や化学修飾
剤によって変異導入した鋳型DNAを使用するPCR法(特開
平5-192148)などが報告されている。
Therefore, a DNA library composed of mutants obtained by randomly modifying the nucleotide sequence of DNA was prepared,
A method of selecting functionally important sequences from this DNA library is used. As a method for randomly altering the base sequence of DNA, there has been used a PCR method (Leun method for reducing the accuracy of DNA synthesis by DNA polymerase).
g, DW et. al., Techinique 1: 11-15) and a PCR method using template DNA mutated with a chemical modifier (JP-A-5-192148).

【0007】しかしながら、これらの方法は、変異の導
入がDNAポリメラーゼや化学修飾剤の性質に依存してい
るため、DNAの特定の塩基配列に限定して変異を導入す
ることのみならず、改変のランダムさの程度(変異後の
塩基配列における4種の塩基の頻度)を調節することも
困難である。このためこれら方法により得られるDNAラ
イブラリーには、多様性の点で問題があり、機能的に重
要な配列の効率的な選択のために必ずしも適当であると
はいえない。
[0007] However, in these methods, since the introduction of mutation depends on the properties of DNA polymerase and chemical modifiers, not only the introduction of mutation in a specific nucleotide sequence of DNA but also the modification It is also difficult to control the degree of randomness (frequency of four types of bases in the base sequence after mutation). Therefore, the DNA library obtained by these methods has a problem in terms of diversity and is not always suitable for efficient selection of functionally important sequences.

【0008】原理的に全ての可能な配列の中から機能的
に重要な配列を選び出すためには、ある特定の領域をラ
ンダマイズしたライブラリーを作成することが考えられ
る。このような技術としては、カセット変異法(Wells,
et al., Gene, 34, 315 (1985); Grundstroem,et al.,
Nucleic Acids Res., 13, 3305 (1985))を用いた、プ
ラスミドへのランダム変異導入DNA断片の挿入が挙げら
れる。しかし、カセット変異法においては、変異を導入
する近傍に適当な制限酵素がないと変異が導入できない
点や、DNA連結反応でライブラリーを作成するため、十
分な量のライブラリーを構築することが困難である点が
問題である。
In order to select a functionally important sequence from all possible sequences in principle, it is conceivable to create a library in which a specific region is randomized. Such techniques include the cassette mutation method (Wells,
et al., Gene, 34, 315 (1985); Grundstroem, et al.,
Nucleic Acids Res., 13, 3305 (1985)) is used to insert a random mutation-introduced DNA fragment into a plasmid. However, in the cassette mutation method, a mutation cannot be introduced unless there is an appropriate restriction enzyme in the vicinity of the introduction of the mutation, and because a library is prepared by a DNA ligation reaction, it is necessary to construct a sufficient amount of the library. The problem is that it is difficult.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、DNAラ
イブラリーの作製において、あらゆる領域の配列に対し
てランダムに塩基配列を改変することができ、塩基配列
の改変部位および改変される塩基配列のランダムさの程
度を制御し得る方法を提供することにある。さらなる本
発明の目的は、DNAライブラリーの作製において、その
合成効率を高め、またサイズの拡大を容易にすることに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to randomly modify the nucleotide sequence of every region in the preparation of a DNA library. And a method capable of controlling the modification site of the base sequence and the degree of randomness of the modified base sequence. A further object of the present invention is to enhance the synthesis efficiency and facilitate size expansion in the production of a DNA library.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を行った結果、標的塩基配列を含むDNAを鋳型にしたポ
リメラーゼ連鎖反応において、特殊なプライマー設計を
行うことにより、上記課題を解決することに成功した。
本発明におけるDNAライブラリーの作製の原理は以下の
通りである。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have solved the above problems by designing a special primer in a polymerase chain reaction using a DNA containing a target base sequence as a template. I succeeded in doing so.
The principle of preparing the DNA library in the present invention is as follows.

【0011】まず、図1に示したようなプライマー対を
調製する(図1には、第一プライマーがセンス鎖に結合
する場合のみ示してある)。プライマー対の一方は、標
的領域をN(A,T,G,Cのミックス)で設計し、その両側に
鋳型DNAと相補的な塩基配列を結合させたプライマー
(第一プライマー)である。他の一方は、第一プライマ
ーの5‘末端付近に相補的な塩基配列を含むプライマ−
(第二プライマー)を設計する。このようにして設計し
たプライマー対を用いて、標的配列を含むDNAを鋳型に
ポリメラーゼ連鎖反応を行う。標的配列は第一プライマ
ー由来のランダムな配列となる。また、第一プライマー
の標的領域におけるA,T,G,Cの混合比を変動させること
で、標的領域のランダムさの程度を制御しうる。これに
より、特定の配列を標的に、そのランダムさの程度を制
御して、目的に応じた多様なDNAライブラリーを作製す
ることができる。
First, a primer pair as shown in FIG. 1 is prepared (FIG. 1 shows only the case where the first primer binds to the sense strand). One of the primer pairs is a primer (first primer) in which a target region is designed with N (mixture of A, T, G, and C), and a nucleotide sequence complementary to the template DNA is bound on both sides thereof. The other is a primer containing a complementary nucleotide sequence near the 5'end of the first primer.
Design (second primer). Using the primer pair designed in this way, polymerase chain reaction is performed using the DNA containing the target sequence as a template. The target sequence will be a random sequence derived from the first primer. Further, by varying the mixing ratio of A, T, G, and C in the target region of the first primer, the degree of randomness of the target region can be controlled. This makes it possible to target a specific sequence and control the degree of randomness thereof to prepare various DNA libraries according to the purpose.

【0012】本発明者らは、上記原理に基づき、実際
に、大腸菌リボソームRNA遺伝子のオペロンrrn Bを標的
配列として、その6つの塩基がランダム化された、46
イズのライブラリーを作製することに成功した。本発明
者らは、このライブラリーの作製過程において、鋳型DN
Aのメチル化、メチル化されたDNAの切断、およびλエキ
ソヌクレアーゼ処理を行うことで、ライブラリー中の標
的配列を有する鋳型DNAの数を減少させることにも成功
した。
Based on the above principle, the present inventors have actually prepared a 46-size library in which the six bases are randomized with the operon rrnB of Escherichia coli ribosomal RNA gene as a target sequence. succeeded in. We used the template DN
We also succeeded in reducing the number of template DNAs having the target sequence in the library by performing methylation of A, cleavage of methylated DNA, and λ exonuclease treatment.

【0013】次いで、本発明者らは、機能的に重要な塩
基配列の同定において、この作製したライブラリーが有
用であることを検証するために、後述する独自に開発し
たSSER法により、この作製したライブラリーからrrn B
の機能を保持するDNAの選抜を試みた。その結果、rrn B
の機能を保持する2種の塩基配列に加えて、ミトコンド
リアリボソームRNAおよび他種生物のリボソームRNAに実
際に存在する配列が同定された。
Next, in order to verify the usefulness of the prepared library in the identification of a functionally important nucleotide sequence, the inventors of the present invention developed the SSER method using the uniquely developed SSER method described later. Library from rrn B
An attempt was made to select a DNA that retains the function of. As a result, rrn B
In addition to the two nucleotide sequences that retain the function of, the sequences actually present in mitochondrial ribosomal RNA and ribosomal RNA of other species were identified.

【0014】即ち、本発明者らは、特定の塩基配列がラ
ンダムに改変されたDNAライブラリーを作製することに
成功すると伴に、作製されたDNAライブラリーが機能的
に重要な塩基配列の同定に有用であることを実証し、こ
れにより本発明を完成するに至った。
That is, the present inventors succeeded in producing a DNA library in which a specific nucleotide sequence was randomly modified, and at the same time, identified the nucleotide sequence in which the produced DNA library was functionally important. It was proved to be useful for the present invention, and the present invention was completed thereby.

【0015】本発明は、より具体的には、下記(1)か
ら(10)を提供するものである。 (1) 標的塩基配列が改変されたDNAライブラリーを
作製する方法であって、下記(a)および(b)のプラ
イマーを用いて、標的塩基配列を含むDNAを鋳型にポリ
メラーゼ連鎖反応を行うことを含む方法。 (a)標的塩基配列を含む領域にハイブリダイズするプ
ライマーであって、標的塩基配列に対応するプライマー
中の塩基配列が、標的塩基配列から改変されている第一
のプライマー (b)該第一のプライマーにおける、標的塩基配列に対
応する塩基配列の5'側領域と相補的な塩基配列を含む第
二のプライマー (2) ポリメラーゼ連鎖反応に供する鋳型DNAをメチ
ル化する、(1)に記載の方法。 (3) 鋳型DNAのメチル化が、配列特異的なDNAメチル
化酵素処理によって行われる(2)に記載の方法。 (4) ポリメラーゼ連鎖反応後に、鋳型DNAの分解を
行うことを含む(1)〜(3)のいずれかに記載の方
法。 (5) 鋳型DNAの分解が、DNA分解酵素処理によって行
われる(4)に記載の方法。 (6) DNA分解酵素処理が、制限酵素Dpn I処理である
(5)に記載の方法。 (7) DNA分解酵素処理が、制限酵素Dpn I処理および
それに続くλエキソヌクレアーゼ処理である(5)に記
載の方法。 (8) (1)〜(7)のいずれかに記載の方法により
作製される、標的塩基配列が改変されたDNAライブラリ
ー。 (9) (1)〜(7)のいずれかに記載の方法を実施
するためのキットであって、下記(a)〜(c)の少な
くとも1つを含むキット。 (a)DNAメチル化酵素 (b)メチル化されたDNAを切断する酵素 (c)λエキソヌクレアーゼ
More specifically, the present invention provides the following (1) to (10). (1) A method for producing a DNA library in which a target base sequence is modified, which comprises performing a polymerase chain reaction using a DNA containing the target base sequence as a template using the primers (a) and (b) below. Including the method. (A) a primer that hybridizes to a region containing a target base sequence, wherein the base sequence in the primer corresponding to the target base sequence is modified from the target base sequence (b) the first primer Second primer containing a nucleotide sequence complementary to the 5'side region of the nucleotide sequence corresponding to the target nucleotide sequence in the primer (2) Methylation of template DNA to be subjected to polymerase chain reaction, (1) . (3) The method according to (2), wherein the template DNA is methylated by treatment with a sequence-specific DNA methylating enzyme. (4) The method according to any one of (1) to (3), which comprises decomposing the template DNA after the polymerase chain reaction. (5) The method according to (4), wherein the template DNA is decomposed by a DNA-degrading enzyme treatment. (6) The method according to (5), wherein the DNA degrading enzyme treatment is a restriction enzyme Dpn I treatment. (7) The method according to (5), wherein the DNA degrading enzyme treatment is a restriction enzyme Dpn I treatment and a subsequent λ exonuclease treatment. (8) A DNA library having a modified target base sequence, which is produced by the method according to any one of (1) to (7). (9) A kit for carrying out the method according to any one of (1) to (7), which comprises at least one of the following (a) to (c). (A) DNA methylase (b) Enzyme that cleaves methylated DNA (c) λ exonuclease

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明において、ポリメラーゼ連
鎖反応の鋳型DNAである「標的塩基配列を含むDNA」は、
塩基配列を改変することを望む任意のDNAを用いること
ができる。鋳型DNAの形態は、一本鎖であっても二本鎖
であってもよい。また、直鎖状であっても環状であって
もよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a “DNA containing a target nucleotide sequence”, which is a template DNA for polymerase chain reaction, is
Any DNA whose nucleotide sequence is desired to be modified can be used. The form of the template DNA may be single-stranded or double-stranded. Further, it may be linear or cyclic.

【0017】「標的塩基配列」とは、ポリメラーゼ連鎖
反応の鋳型DNAにおける塩基の改変の対象とする塩基配
列を意味する。標的塩基配列を含むDNAが二本鎖DNAの場
合には、標的塩基配列はセンス鎖における標的塩基配列
および相補鎖におけるその相補配列の両方を含む意であ
る。「相補鎖」とは、A:T(ただしRNAの場合は U)、G:
Cの塩基対からなる二本鎖核酸の一方の鎖に対する他方
の鎖を指す。
The "target base sequence" means a base sequence which is a target of modification of bases in a template DNA for polymerase chain reaction. When the DNA containing the target base sequence is a double-stranded DNA, the target base sequence is meant to include both the target base sequence in the sense strand and its complementary sequence in the complementary strand. "Complementary strand" means A: T (but U for RNA), G:
It refers to one strand of a double-stranded nucleic acid consisting of base pairs of C to the other strand.

【0018】本発明においては、特殊な設計のプライマ
ー対を用いて、標的塩基配列を含むDNAを鋳型にポリメ
ラーゼ連鎖反応を行う。このプライマー対の一方は、標
的塩基配列を含む領域にハイブリダイズするプライマー
であって、標的塩基配列に対応するプライマー中の塩基
配列が、標的塩基配列から改変されているプライマー
(第一プライマー)である。「標的塩基配列を含む領
域」とは、鋳型DNAにおける標的塩基配列およびその5'
側および3'側の隣接塩基配列を意味する。第一プライマ
ーにおいて、改変部位は、鋳型DNAにおける連続する塩
基であってもよく、離れた複数箇所の塩基であってもよ
い。また、改変される塩基は、1つであってもよいし、
複数であってもよい。改変される塩基数は、DNAライブ
ラリーのサイズおよび一度に形質転換できる細胞の数な
どを考慮すれば、通常、30塩基以下が適当であり、好ま
しくは10塩基以下である。ライブラリーのサイズを維持
したまま、改変する塩基の数を増加させるには、A,T,G,
Cの比率を変化させればよい。例えば、オリジナルな塩
基を70%として残りの3塩基を10%ずつとして合成すれ
ば、N塩基のライブラリーのサイズは、1/0.7N=1.43N
なり、39塩基を改変した場合のライブラリーサイズは、
1.4339=1143156となる。これは10塩基を完全にランダ
マイズしたライブラリーのサイズ(410=1048576通り)
とほぼ同等である。
In the present invention, a polymerase chain reaction is carried out using a primer having a specially designed primer pair with a DNA containing a target base sequence as a template. One of the primer pairs is a primer that hybridizes to a region containing the target base sequence, and the base sequence in the primer corresponding to the target base sequence is a primer (first primer) modified from the target base sequence. is there. The “region containing the target base sequence” means the target base sequence in the template DNA and its 5 ′.
It means the flanking base sequences on the 3'side and the 3'side. In the first primer, the modification site may be a contiguous base in the template DNA, or may be a plurality of bases located apart from each other. Further, the modified base may be one,
There may be a plurality. Considering the size of the DNA library and the number of cells that can be transformed at one time, the number of modified bases is usually 30 bases or less, and preferably 10 bases or less. To increase the number of modified bases while maintaining the size of the library, use A, T, G,
The ratio of C should be changed. For example, if the original base is 70% and the remaining 3 bases are 10% each, the N base library size will be 1 / 0.7 N = 1.43 N , and the library size when 39 bases are modified. Is
1.43 39 = 1143156. This is the size of a library that completely randomizes 10 bases (4 10 = 1048576 ways).
Is almost equivalent to

【0019】第一プライマーには、必要に応じて、ポリ
メラーゼ連鎖反応の増幅産物がオリジナルな配列(標的
配列)である場合に、この配列が鋳型DNA由来である
か、ランダムな配列から選択されたものであるかを区別
するための変異が導入されていてもよい。機能的に重要
な配列の同定のためにDNAライブラリーを用いる場合に
は、この変異は、DNAの機能に影響を与えない変異であ
ることが好ましい。
For the first primer, if necessary, when the amplification product of the polymerase chain reaction is the original sequence (target sequence), this sequence is derived from the template DNA or selected from random sequences. A mutation may be introduced to distinguish whether it is a substance. When using a DNA library for the identification of functionally important sequences, this mutation is preferably a mutation that does not affect the function of DNA.

【0020】第一プライマーは、標的領域をA,T,G,Cの
ミックス(必要に応じて、これら塩基の比率を変動させ
たり、これら塩基のうち2または3のミックスであっても
よい)とし、その両側に鋳型DNAと相補的な塩基配列が
配置されるように設計する。「相補的な塩基配列」は、
完全に相補的な塩基配列であることが好ましいが、作製
するDNAライブラリーの使用目的に反せず、かつポリメ
ラーゼ連鎖反応を阻害しない限り、完全に相補的な塩基
配列でなくともよい。鋳型DNAと第一プライマーとがハ
イブリダイズする領域の全塩基対に対する相補的な塩基
対(Aに対してT、Gに対してC)の割合は、通常、少なく
とも70%、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以
上、さらに好ましくは95%以上である。このようにして
設計したオリゴヌクレオチドは、例えば、アミダイド法
で合成することができる。合成されたオリゴヌクレオチ
ドは、精製度に応じて、ゲルからの切り出しにより精製
することができる。
The first primer is a mix of A, T, G, C in the target region (if necessary, the ratio of these bases may be varied, or a mix of 2 or 3 of these bases may be used). And the base sequences complementary to the template DNA are arranged on both sides. "Complementary nucleotide sequence" is
Although it is preferably a completely complementary nucleotide sequence, it may not be a completely complementary nucleotide sequence as long as it does not violate the intended purpose of the DNA library to be produced and does not inhibit the polymerase chain reaction. The ratio of complementary base pairs (T to A, C to G) to all the base pairs in the region where the template DNA and the first primer hybridize is usually at least 70%, preferably 80% or more. , More preferably 90% or more, further preferably 95% or more. The oligonucleotide designed in this manner can be synthesized, for example, by the amidite method. The synthesized oligonucleotide can be purified by cutting out from the gel depending on the degree of purification.

【0021】第一プライマーの鎖長は、DNA合成により
調製する場合には、通常、15から150塩基であり、好ま
しくは20から100塩基であり、さらに好ましくは50から6
0塩基である。また、離れた2ヶ所の領域をランダマイズ
するような場合には、それぞれにランダム変異を導入し
た1対のプライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応を行
い、増幅したニ本鎖DNAを第一および第二プライマーと
してポリメラーゼ連鎖反応を行いライブラリーを作成す
ることができる。この場合の第一および第二プライマー
は、通常、30から500塩基対の二本鎖DNAである。
When prepared by DNA synthesis, the chain length of the first primer is usually 15 to 150 bases, preferably 20 to 100 bases, more preferably 50 to 6 bases.
It has 0 bases. Also, in the case of randomizing two distant regions, a polymerase chain reaction is performed using a pair of primers with random mutations introduced into each region, and the amplified double-stranded DNA is used as the first and second primers. As a result, a polymerase chain reaction can be performed to prepare a library. The first and second primers in this case are usually 30 to 500 base pairs of double-stranded DNA.

【0022】プライマー対の他の一方は、第一のプライ
マーにおける、標的塩基配列に対応する塩基配列の5'側
領域と相補的な塩基配列を含むプライマー(第二プライ
マー)である。第二プライマーにおいては、標的塩基配
列と同一の塩基配列は含めず、その3'下流の塩基配列を
含める設計とする。そうすることにより標的塩基配列は
第一プライマーのランダム配列で置換される。
The other one of the primer pairs is a primer (second primer) containing a base sequence complementary to the 5'side region of the base sequence corresponding to the target base sequence in the first primer. The second primer is designed not to include the same base sequence as the target base sequence but to include the base sequence 3 ′ downstream thereof. By doing so, the target base sequence is replaced with the random sequence of the first primer.

【0023】第二プライマーは、「第一のプライマーに
おける、標的塩基配列に対応する塩基配列の5'側領域」
の全体に相補的な塩基配列を含む必要はない。ポリメラ
ーゼ連鎖反応を阻害しない限り、該領域の一部に相補的
な塩基配列を含めばよい。第二プライマーにおける第一
プライマーと「相補的な塩基配列」は、完全に相補的な
塩基配列であることが好ましいが、作製するDNAライブ
ラリーの使用目的に反せず、かつポリメラーゼ連鎖反応
を阻害しない限り、完全に相補的な塩基配列でなくとも
よい。第一プライマーに対する第二プライマーの対応領
域の全塩基対に対する相補的な塩基対(Aに対してT、G
に対してC)の割合は、通常、少なくとも70%、好ましく
は80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは
95%以上である。このような設計の第二プライマーは、
例えば、アミダイド法で合成することができる。合成さ
れたオリゴヌクレオチドは、精製度に応じて、ゲルから
の切り出しにより精製することができる。
The second primer is "the 5'side region of the base sequence corresponding to the target base sequence in the first primer".
It is not necessary to include a base sequence complementary to the entire sequence. A nucleotide sequence complementary to a part of the region may be included as long as it does not inhibit the polymerase chain reaction. The “complementary base sequence” of the first primer in the second primer is preferably a completely complementary base sequence, but it does not violate the intended purpose of the DNA library to be prepared and does not inhibit the polymerase chain reaction. As long as it is not a completely complementary nucleotide sequence. Complementary base pairs for all base pairs of the corresponding region of the second primer with respect to the first primer (A, T, G
The ratio of C) is usually at least 70%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and further preferably
95% or more. The second primer designed in this way is
For example, it can be synthesized by the amidite method. The synthesized oligonucleotide can be purified by cutting out from the gel depending on the degree of purification.

【0024】第二プライマーの鎖長は、第一プライマー
の設計により変動するが、DNA合成により調製する場合
には、通常、10から100塩基であり、好ましくは15塩基
から50塩基であり、さらに好ましくは20から30塩基であ
る。
The chain length of the second primer varies depending on the design of the first primer, but when prepared by DNA synthesis, it is usually 10 to 100 bases, preferably 15 to 50 bases, and It is preferably 20 to 30 bases.

【0025】第一および第二プライマーは、鋳型DNAの
所望の領域に特異的にハイブリダイズするように設計す
る。「特異的にハイブリダイズする」とは、通常のハイ
ブリダイゼーション条件下、好ましくはストリンジェン
トなハイブリダイゼーション条件下(例えば、サムブル
ックら,Molecular Cloning,Cold Spring Harbour Labor
atory Press,New York,USA,第2版1989に記載の条件)
において、所望の領域とハイブリダイズし、その他の領
域とはハイブリダイズしないことを意味する。第一およ
び第二プライマーは、鋳型DNAに対して、第一プライマ
ーがセンス鎖と、第二プライマーがその相補鎖とハイブ
リダイズするように設計してもよく、逆に、第一プライ
マーが相補鎖と、第二プライマーがセンス鎖とハイブリ
ダイズするように設計してもよい。
The first and second primers are designed to specifically hybridize with a desired region of the template DNA. The term "specifically hybridizes" means under ordinary hybridization conditions, preferably under stringent hybridization conditions (for example, Sambrook et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Labor).
atory Press, New York, USA, 2nd edition 1989 conditions)
Means that it hybridizes with a desired region and does not hybridize with other regions. The first and second primers may be designed so that the first primer hybridizes to the sense strand and the second primer hybridizes to its complementary strand with respect to the template DNA, and vice versa. And the second primer may hybridize with the sense strand.

【0026】本発明において、上記鋳型DNA並びに上記
第一および第二プライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反
応は、例えば、以下のような条件により行うことができ
る。
In the present invention, the polymerase chain reaction using the template DNA and the first and second primers can be carried out, for example, under the following conditions.

【0027】10mM KCl、10mM (NH4)2SO4、20mM Tris-H
Cl (pH8.8)、2mM MgSO4、0.2mM dNTPs、0.1% Triton X-
100、1mg/ml nuclease-free bovine serum albumin、鋳
型DNA10ng、それぞれのプライマー各125ng、dNTPmix 5
μl、Pfu Turbo (Stratagene社) 1μl (2.5 U) を用い
て、Pre-heat を95℃で30秒、変性を95℃で30秒(Step
1)、アニーリングを55℃で1分(Step2)、伸長を68℃
で2分/kbp(Step3)、その後、4℃で保存する条件で行
う。Step1からStep3は、18サイクル行う。また、Step3
の反応時間は、2分/kbpを目安として鋳型DNAの長さから
算出する。Step2の温度はプライマーの配列や塩基組成
から算出する。より好ましいPCR反応条件としては、上
記条件において、鋳型DNA量を150 ng、プライマー量を1
2.5 pgとする。
10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 20 mM Tris-H
Cl (pH 8.8), 2 mM MgSO 4 , 0.2 mM dNTPs, 0.1% Triton X-
100, 1 mg / ml nuclease-free bovine serum albumin, template DNA 10 ng, each primer 125 ng, dNTP mix 5
μl, Pfu Turbo (Stratagene) 1 μl (2.5 U), Pre-heat at 95 ° C for 30 seconds, denaturation at 95 ° C for 30 seconds (Step
1), annealing at 55 ℃ for 1 minute (Step2), extension at 68 ℃
2 minutes / kbp (Step3), then store at 4 ℃. Step 1 to Step 3 are performed for 18 cycles. Also, Step3
The reaction time is calculated from the length of the template DNA using 2 minutes / kbp as a guide. The temperature in Step 2 is calculated from the primer sequence and base composition. More preferable PCR reaction conditions are as follows: template DNA amount is 150 ng and primer amount is 1
Set to 2.5 pg.

【0028】ポリメラーゼ連鎖反応による増幅産物にお
いて、オリジナルな配列を有するDNAを減少させたい場
合には、ポリメラーゼ連鎖反応後に鋳型DNAの分解を行
う。鋳型DNAを分解するためには、例えば、ポリメラー
ゼ連鎖反応に供する鋳型DNAをメチル化し、大腸菌等の
細胞が有する外来DNAに対する制限システム(restricti
onsystem)を利用して、メチル化されたDNAを分解すれ
ばよい。鋳型DNAをメチル化するには、配列特異的なDNA
メチル化酵素を用いる。配列特異的なDNAメチル化酵素
としては、上記制限システムを利用できるものであるな
ら、その種類や使用数等において特に制限はないが、好
ましくは、m-Alu I、m-Hae III、m-Hap IIである。本発
明においては、これらを単独でも組み合わせても用いる
ことができる。
When it is desired to reduce the DNA having the original sequence in the amplification product by the polymerase chain reaction, the template DNA is decomposed after the polymerase chain reaction. In order to decompose the template DNA, for example, the template DNA to be subjected to polymerase chain reaction is methylated, and a restriction system (restricti
onsystem) to decompose methylated DNA. Sequence-specific DNA to methylate template DNA
Methylase is used. The sequence-specific DNA methylating enzyme is not particularly limited as long as it can utilize the above-mentioned restriction system in terms of its type and number of uses, but is preferably m-Alu I, m-Hae III, m- It is Hap II. In the present invention, these may be used alone or in combination.

【0029】m-Alu I、m-Hae III、m-Hap IIはそれぞ
れ、AGCT、GG CC、CCGG の各4塩基を認識し、それぞ
れ、AGm5CT、GG m5CC、m5CCGGのようにCの5位を特異的
にメチル化する酵素である。これらの部位がメチル化さ
れたDNAは、大腸菌が有する外来DNAに対する制限システ
ム(restriction system)により排除される。具体的に
は、mcrAの遺伝子産物がm5CCGGを認識して切断し、mcrC
BがGm5Cを認識して切断するため、上記3種類の酵素でメ
チル化された部位はすべて、制限システムの標的となり
排除される。
M-Alu I, m-Hae III and m-Hap II are AGCT and GG, respectively. It is an enzyme that recognizes each of 4 bases of CC and CCGG and specifically methylates the 5-position of C like AG m5 CT, GG m5 CC and m5 CCGG, respectively. DNA methylated at these sites is eliminated by the restriction system of Escherichia coli against foreign DNA. Specifically, the gene product of mcrA recognizes and cleaves m5 CCGG,
Since B recognizes and cleaves Gm5C, all sites methylated by the three enzymes are targeted and eliminated by the restriction system.

【0030】一方、ポリメラーゼ連鎖反応後にDNA分解
酵素処理を行うことによっても、鋳型DNAを分解するこ
とが可能である。大腸菌の細胞内には通常DNAアデニン
メチラーゼ(dam)が存在する。この酵素は、GATC配列
を認識して、2番目のAの6位をメチル化(6-メチルアデ
ノシン;m6A)する。従って、大腸菌から調製した鋳型D
NAにはすべてこの位置にメチル化が施されていることが
知られている。このような鋳型DNAを分解する酵素とし
ては、例えば、制限酵素Dpn Iを用いることができる。
On the other hand, it is also possible to decompose the template DNA by performing a DNA-degrading enzyme treatment after the polymerase chain reaction. Usually, DNA adenine methylase (dam) is present in E. coli cells. This enzyme recognizes the GATC sequence and methylates the 6th position of the 2nd A (6-methyladenosine; m6A ). Therefore, template D prepared from E. coli
It is known that all NAs are methylated at this position. As an enzyme that decomposes such template DNA, for example, the restriction enzyme DpnI can be used.

【0031】本発明においては、上記のメチル化された
DNAの分解処理に加え、λエキソヌクレアーゼ等のヌク
レアーゼ処理を行うこともできる。このような処理をす
ることで、DNA断片をモノヌクレオチドまで分解するこ
とが可能である。DpnI消化で生じたDNA断片は鋳型DNAと
部分的に相補鎖形成を行い、細胞内で複製されると考え
られる。特に、λエキソヌクレアーゼは、DNAの5'末端
がリン酸化されているDNAのみを基質とするため、合成D
NAより増幅されたライブラリーDNAを標的としない。従
って、λエキソヌクレアーゼにより、メチル化されたDN
Aの分解処理によって生じたDNA断片のみを消化すること
ができる。
In the present invention, the above methylated
In addition to the DNA decomposition treatment, a nuclease treatment such as λ exonuclease can be performed. By carrying out such a treatment, it is possible to decompose a DNA fragment into mononucleotides. It is considered that the DNA fragment generated by DpnI digestion partially forms a complementary strand with the template DNA and is replicated in the cell. In particular, since λ exonuclease uses only DNA in which the 5'end of the DNA is phosphorylated as a substrate, synthetic D
Do not target library DNA amplified from NA. Therefore, the DN methylated by λ exonuclease
Only the DNA fragment generated by the decomposition treatment of A can be digested.

【0032】本発明の方法によれば、DNA上の所望の塩
基配列がランダムに改変されたDNAライブラリーを作製
することができ、しかも、改変する塩基配列のランダム
さの程度を制御することができる。また、鋳型DNAを分
解することにより、DNAライブラリーにおける改変され
た塩基を含むDNAの割合を高めることができる。このた
め本発明の方法により作製されたDNAライブラリーは、
標的塩基配列の機能を保持する変異体の選抜やDNAにお
ける機能的に重要な塩基配列の同定に好適に使用でき
る。本発明には、本発明の方法により作製された、標的
塩基配列が改変されたDNAライブラリーが含まれる。
According to the method of the present invention, a DNA library in which a desired base sequence on DNA is randomly modified can be prepared, and furthermore, the degree of randomness of the modified base sequence can be controlled. it can. Further, by decomposing the template DNA, the proportion of DNA containing the modified base in the DNA library can be increased. Therefore, the DNA library prepared by the method of the present invention is
It can be suitably used for selection of mutants retaining the function of the target base sequence and identification of a functionally important base sequence in DNA. The present invention includes a DNA library produced by the method of the present invention and having a modified target base sequence.

【0033】また、上記したDNAメチル化酵素、メチル
化されたDNAを切断する酵素、およびλエキソヌクレア
ーゼは、本発明の方法において、鋳型DNAを分解するの
に好適に用いることができる。本発明には、これら酵素
を単独若しくは組み合わせで含む本発明の方法を実施す
るためのキットが含まれる。これらの酵素の標品におい
ては、酵素以外に、例えば、滅菌水、生理食塩水、植物
油、界面活性剤、脂質、溶解補助剤、緩衝剤、タンパク
質安定剤(BSAやゼラチン等)、保存剤等が必要に応じ
て混合されていてもよい。
The above-mentioned DNA methylating enzyme, enzyme for cleaving methylated DNA, and λ exonuclease can be preferably used for degrading template DNA in the method of the present invention. The present invention includes a kit for carrying out the method of the present invention containing these enzymes alone or in combination. In the preparation of these enzymes, in addition to the enzymes, for example, sterile water, physiological saline, vegetable oil, surfactants, lipids, solubilizers, buffers, protein stabilizers (BSA, gelatin, etc.), preservatives, etc. May be mixed if necessary.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに具体的
に説明するが本発明はこれら実施例に制限されるもので
はない。 [実施例1] 大腸菌リボソームRNA遺伝子のオペロンrrn
Bがランダムに改変されたDNAライブラリーの作製 まず、大腸菌リボソームRNA遺伝子のオペロンrrn Bを、
pSC101由来の複製起点をもつpMW218(カナマイシン耐性
遺伝子を有する)に組み込み、pRB-Kamrと命名した(図
2)。次いで、後述の理由から、pRB-KamrをDNAメチル
化酵素によりメチル化し、メチル化pRB-Kamrを作製し
た。次いで、メチル化pRB-Kamrを鋳型とし、図3に示す
第一プライマーと第二プライマーを用いてPCR法でライ
ブラリーを構築した。表1に示す反応液を作製し、PCR反
応を行った。具体的には、Pre-heatを95℃で30秒、変性
を95℃で30秒(Step1)、アニーリングを55℃で1分(St
ep2)、伸長を68℃で20分(Step3)、その後、4℃で保
存する条件で行った。Step1からStep3は、18サイクルで
行った。反応終了後、反応液に直接、10unitのDpn Iと5
unitのλエキソヌクレアーゼを加え、37℃で90分鋳型プ
ラスミドを消化した。QIA quick(QIAGEN社)でclean u
pしたものをライブラリーとした。最終的に4.8 mlのPCR
を行い、最終的にランダムライブラリーを58μg得た。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. [Example 1] Operon rrn of Escherichia coli ribosomal RNA gene
Preparation of DNA library in which B is randomly modified First, the operon rrnB of E. coli ribosomal RNA gene is
It was incorporated into pMW218 (having a kanamycin resistance gene) having an origin of replication derived from pSC101 and named pRB-Kam r (FIG. 2). Then, for the reason described below, pRB-Kam r was methylated with a DNA methylase to prepare methylated pRB-Kam r . Next, using methylated pRB-Kam r as a template, a library was constructed by the PCR method using the first primer and the second primer shown in FIG. The reaction solution shown in Table 1 was prepared and PCR reaction was performed. Specifically, Pre-heat at 95 ° C for 30 seconds, denaturation at 95 ° C for 30 seconds (Step 1), annealing at 55 ° C for 1 minute (St
ep2), extension was performed at 68 ° C. for 20 minutes (Step 3), and then at 4 ° C. for storage. Step 1 to Step 3 were performed in 18 cycles. After completion of the reaction, directly add 10 units of Dpn I and 5 to the reaction solution.
The unit λ exonuclease was added and the template plasmid was digested at 37 ° C for 90 minutes. QIA quick (QIAGEN) clean u
What was done was made into the library. Finally 4.8 ml PCR
Finally, 58 μg of a random library was obtained.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】[実施例2] 上記DNAライブラリーを利用
したrrnBの機能解析 本発明者らは、実施例1で作製したDNAライブラリーを
用いたrrnBの機能解析を行った。具体的には、本発明者
らは、プラスミドDNAの「選択圧」を利用して、DNAライ
ブラリーの中から機能的に重要な配列を選択する方法
(SSER法)で、rrnBの機能解析を行った。選択圧とは、
宿主細胞において同じレプリコン(複製起点)を有する
複数のプラスミドDNAは安定に共存することができず、
選択圧によって互いを排除しあう性質 (Datta, N. 197
9. Plasmid classification: Incompatibility groupin
g. In plasmids of medical, environmental and comme
rcial importance (ed. K. N. Timmis and A. Puhler),
p3. Elsevier, Amsterdam)を意味する。
[Example 2] Functional analysis of rrnB using the above DNA library The present inventors performed functional analysis of rrnB using the DNA library prepared in Example 1. Specifically, the present inventors have carried out a functional analysis of rrnB by a method (SSER method) of selecting a functionally important sequence from a DNA library using "selection pressure" of plasmid DNA. went. What is selective pressure?
Multiple plasmid DNAs having the same replicon (origin of replication) cannot coexist stably in the host cell,
Properties of mutual exclusion by selective pressure (Datta, N. 197
9. Plasmid classification: Incompatibility groupin
g. In plasmids of medical, environmental and comme
rcial importance (ed.KN Timmis and A. Puhler),
p3. Elsevier, Amsterdam).

【0037】本発明者らは、もう1つのプラスミドであ
るpRB-SacB-Amprを作製した。このプラスミドは、pSC10
1由来の複製起点をもつpMW118 [Nippon gene社] にrrn
Bと枯草菌Sac Bを組み込んだものである。なお、pRB-Sa
cB-Amprは、pRB-Kamrとは異なる薬剤耐性遺伝子をも
つ。
We have created another plasmid, pRB-SacB-Amp r . This plasmid is called pSC10
PMW118 with replication origin derived from 1 [Nippon gene company] To rrn
B and Bacillus subtilis Sac B are incorporated. In addition, pRB-Sa
cB-Amp r has a drug resistance gene different from pRB-Kam r .

【0038】Squiresらのグループによって構築され
た、大腸菌ゲノムに存在する7つのリボソームRNA遺伝子
オペロン(rrn)の全てを破壊した大腸菌株TA542株は、rr
nオペロンを有するプラスミド(pHK-rrnC+)とrrnオペ
ロンの遺伝子破壊に伴って消失した5つのtRNA遺伝子を
クローニングしたプラスミド(pTRNA66)を有し、ゲノ
ムから失われた遺伝子の機能をプラスミドによって補完
することで生存している株である(Asai et. al., PNA
S, 96: 1971-1976, 1999)。本発明者らは、TA542株にp
RB-SacB-Amprを形質転換し、アンピシリンで選択するこ
とでpHK-rrnC+を追い出しpRB-SacB-Amprで置換した株
(NT101株)を作製した。
The E. coli strain TA542 strain, which was constructed by the group of Squires et al. And which destroyed all seven ribosomal RNA gene operons (rrn) existing in the E. coli genome, was rr
To have a plasmid containing the n operon (pHK-rrnC +) and a plasmid (pTRNA66) into which 5 tRNA genes that have disappeared due to gene disruption of the rrn operon have been cloned, and to complement the function of the gene lost from the genome Is a strain that survives in Japan (Asai et. Al., PNA
S, 96: 1971-1976, 1999). The present inventors have added p
RB-SacB-Amp r was transformed, and by selecting with ampicillin, pHK-rrnC + was eliminated, and a strain (NT101 strain) in which pRB-SacB-Amp r was replaced was prepared.

【0039】次いで、鋳型DNAを分解するために、DNAラ
イブラリーの鋳型となるpRB-Kamrをメチル化した。具体
的には、50mM Tris-HCl (pH8.0)、20mM NaCl、10mM EDT
A、1mM DTT、80μM S-adenosyl methionine (SAM)、pRB
-Kamr 50μg、m-Alu I 50units、m-Hae III 50units、m
-Hap II 50unitsを混合し、dH2Oで500μlとした。37℃
で30分反応させたのち、66μlの3M NaClを加えて、さら
に37℃で30分反応させた。QIAGEN社のQIA quickでメチ
ル化DNAをclean upしたものをPCRの鋳型とした。pRB-Ka
mrの場合m-Alu I、m-Hae III、m-Hap IIのそれぞれのメ
チル化部位は44、32、44箇所存在し、この処理によって
120箇所がメチル化されることになる。ライブラリー作
成時のPCR反応の効率は、この処理によって全く影響を
受けないことを確認している。大腸菌内ではこのすべて
の部位がmcrAまたはmcrCBの切断部位となり、この処理
によってほぼ完璧に鋳型DNAを処理することが可能とな
った。表2はNT101株における形質転換効率をメチル化
前後で比較したものである。メチル化によってNT101株
の形質転換効率が著しく低下していることがわかる。ま
た、コントロールにmcrAとmcrCBが欠損したXL1 BlueMR
(Stratagene)を用いるとメチル化によって効率に差が
見られないことからメチル化が制限システムによって排
除されていることが明確となった。PCR後にDpn Iとλエ
キソヌクレアーゼによる鋳型の消化を行うことで、さら
に鋳型DNAの量は低下することが期待される。
Next, in order to decompose the template DNA, pRB-Kam r, which serves as a template for the DNA library, was methylated. Specifically, 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM NaCl, 10 mM EDT
A, 1 mM DTT, 80 μM S-adenosyl methionine (SAM), pRB
-Kam r 50 μg, m-Alu I 50units, m-Hae III 50units, m
-Hap II 50 units were mixed and adjusted to 500 μl with dH 2 O. 37 ° C
After 30 minutes of reaction, 66 μl of 3M NaCl was added, and the mixture was further reacted at 37 ° C. for 30 minutes. Cleaned up methylated DNA with QIAqui from QIAGEN was used as a PCR template. pRB-Ka
In the case of m r , there are 44, 32, and 44 methylation sites for m-Alu I, m-Hae III, and m-Hap II, respectively.
120 points will be methylated. It has been confirmed that the efficiency of the PCR reaction when creating the library is not affected by this treatment at all. In E. coli, all of these sites became cleavage sites for mcrA or mcrCB, and this treatment made it possible to treat the template DNA almost perfectly. Table 2 compares the transformation efficiency of the NT101 strain before and after methylation. It can be seen that the methylation significantly reduces the transformation efficiency of the NT101 strain. In addition, XL1 BlueMR lacking mcrA and mcrCB in the control
Using (Stratagene), it was clarified that the methylation was eliminated by the restriction system because the efficiency was not different by the methylation. It is expected that the amount of template DNA will be further reduced by digesting the template with Dpn I and λ exonuclease after PCR.

【0040】[0040]

【表2】 * XL1 BlueMR (Stratagene); (mcrA)183, (mcrCB-hsds
MR-hrr)173
[Table 2] * XL1 BlueMR (Stratagene); (mcrA) 183, (mcrCB-hsds
MR-hrr) 173

【0041】次いで、実施例1に記載の方法で作製した
DNAライブラリーを上記NT101株に導入した。具体的に
は、カルシウム法で作成したNT101株のコンピテントセ
ル400μlに1.16μgのライブラリーを加え、氷上で1時間
整置した。42℃で45秒間保温し(heat shock)、600μl
のSOC培地を加え、37℃で1時間振とう培養した(curin
g)。LB(spc/kan)寒天培地(通常のLB寒天培地に40μg/m
lスペクチノマイシン、50μg/mlカナマイシンを加えた
もの。)に広げて37℃で1〜2日培養した。最終的に20.
8 mlのコンピテントセルに58μgのライブラリーを形質
転換し、16枚の角型シャーレ寒天培地に細胞を蒔いた。
Then, it was prepared by the method described in Example 1.
The DNA library was introduced into the above-mentioned NT101 strain. Specifically, 1.16 μg of the library was added to 400 μl of NT101 strain competent cells prepared by the calcium method, and the cells were placed on ice for 1 hour. Incubate at 42 ℃ for 45 seconds (heat shock), 600 μl
SOC medium was added, and the cells were shake-cultured at 37 ° C for 1 hour (curin
g). LB (spc / kan) agar medium (40 μg / m in normal LB agar medium)
l Spectinomycin and 50 μg / ml kanamycin added. ) And cultured at 37 ° C. for 1 to 2 days. Finally 20.
58 ml of the library was transformed into 8 ml of competent cells, and the cells were plated on 16 square Petri dish agar plates.

【0042】次いで、LB(spc/kan)寒天培地に生えたコ
ロニーを200μlのLB培地に懸濁し、5μlをショ糖の入っ
たLB(spc/kan/SUC)寒天培地(LB(spc/kan)培地に5%シ
ョ糖を加えたもの)スポットした。この過程で、枯草菌
Sac Bを有する細胞は死滅させた。37℃で1日培養を行
い、生えたコロニーがライブラリーでpRB-SacB-Ampr
置換できたものである。
Next, the colonies grown on the LB (spc / kan) agar medium were suspended in 200 μl of LB medium, and 5 μl of the LB (spc / kan / SUC) agar medium containing sucrose (LB (spc / kan) (Medium added with 5% sucrose) spotted. In the process, Bacillus subtilis
The cells with Sac B were killed. After culturing at 37 ° C for 1 day, the resulting colonies were able to replace pRB-SacB-Amp r with the library.

【0043】このコロニーを1.25 mlの2xLB培地に植
菌し、37℃で24時間振とう培養を行った。そこからプラ
スミドを抽出し、ABIprism3100でランダマイズした領域
(2448-2454)の塩基配列を決定した。なおSequencingに
は、Foward : 5'CCTTGAAATACCACCCTTTAATG 3'(配列番
号:3)およびReverse: 5'TGCTTTCAGCACTTATCTCTTCCG
3'(配列番号:4)のプライマーを使用した。
This colony was inoculated into 1.25 ml of 2 × LB medium and shake-cultured at 37 ° C. for 24 hours. A region extracted from the plasmid and randomized with ABI prism3100
The nucleotide sequence of (2448-2454) was determined. For Sequencing, Forward: 5'CCTTGAAATACCACCCTTTAATG 3 '(SEQ ID NO: 3) and Reverse: 5'TGCTTTCAGCACTTATCTCTTCCG
The 3 '(SEQ ID NO: 4) primer was used.

【0044】ランダマイズした領域のもともとの配列は
ATAACAG (2448-2454)であり、2番目(2449)のTはCに置
換できるという報告(O'Connor et. al., Nucl. Acid.
Res,29: 710-715, 2001)があったため、この位置はあ
らかじめ第一プライマー上でCに置換し、選択後の目印
(特異的変異)とした。したがって、この領域のライブ
ラリーはNCNNNNN(Nは任意の塩基)となり、46通り(409
6通り)の配列のバリエーションが得られる。最終的にシ
ョ糖プレート上に生えた63コロニーの塩基配列を決定し
た結果、pRB-Kamrが置換したバックグラウンドとして38
個、ライブラリーから選択されたもの(すなわちプライ
マー由来の2箇所の特異的変異が導入されたもの)が25個
であった。
The original sequence of the randomized region is
ATAACAG (2448-2454), and the second (2449) T can be replaced with C (O'Connor et. Al., Nucl. Acid.
Res, 29: 710-715, 2001), so this position was previously substituted with C on the first primer and used as a marker (specific mutation) after selection. Thus, a library of this region NCNNNNN (N is any base), and 4 six (409
6 kinds of sequence variations are obtained. The nucleotide sequence of 63 colonies finally grown on the sucrose plate was determined, and as a result, pRB-Kam r was replaced with 38 nucleotides as the background.
25 were selected from the library (ie, two specific mutations derived from the primer were introduced).

【0045】選択されたものは以下の5種類のいずれか
の配列を持っていた。A2448は4塩基すべてに置換可能で
あり、A2453は2448位がAの場合のみTを持ち得るという
結果が得られた。コンセンサス配列はNCAAC(A/T)Gとな
る。X線結晶解析から触媒塩基であることが指摘されたA
2451は完全に保存されていた。ACAACAGは大腸菌を含む
原核生物、古細菌リボソームRNA、ほとんどのオルガネ
ラのリボソームRNAに共通の配列である。ACAACTG (A245
3T)は真核生物リボソームRNAの配列であり、TCAACAG (A
2448T)はいくつかの原生動物ミトコンドリアリボソーム
RNAで見られる配列である。このように、大腸菌でリボ
ソームRNAの機能選択を行うと真核生物やミトコンドリ
アなど他の生物種のリボソームRNAの配列まで選択でき
るという結果が得られた。
The selected ones had any of the following 5 types of sequences. It was found that A2448 can be substituted with all four bases, and A2453 can have a T only when the 2448 position is A. The consensus sequence will be NCAAC (A / T) G. X-ray crystallographic analysis pointed out that it is a catalytic base A
The 2451 was completely preserved. ACAACAG is a sequence common to prokaryote including E. coli, archaeal ribosomal RNA, and most organelle ribosomal RNA. ACAACTG (A245
3T) is the sequence of eukaryotic ribosomal RNA, TCAACAG (A
2448T) is a protozoan mitochondrial ribosome
This is the sequence found in RNA. In this way, the result that the function selection of ribosomal RNA in E. coli can select even the sequences of ribosomal RNA of other organism species such as eukaryote and mitochondria was obtained.

【0046】これはリボソームRNAの機能は種を超えて
普遍であることを意味する。また実際の生物には存在し
ない配列(A2448GとA2448C)も得られたことから、この
方法では、機能しうるが進化的に淘汰されてしまったよ
うな配列も選択されることを意味し、RNAの機能を解析
する上で非常に重要な知見が得られたことになる。また
これら5種類の配列を持つ大腸菌を共存培養したとこ
ろ、48時間後には野生型のACAACAGを持つ大腸菌のみが
生き残った。従って、この領域の高度な保存性は、進化
的な選択圧によって保たれていると言える。以上の結果
は、本発明の方法が、DNAの機能解析や機能改変等に使
用できることを示すものである。また、実施例で用いた
試薬等が、標的塩基配列が改変されたDNAライブラリー
を作製するためのキットになりうることを示すものであ
る。
This means that the function of ribosomal RNA is universal across species. Since sequences (A2448G and A2448C) that do not exist in the actual organism were also obtained, this method means that sequences that can function but have been evolutionarily selected are selected. This is a very important finding in analyzing the function of. In addition, when Escherichia coli having these five kinds of sequences were co-cultured, only E. coli having wild-type ACAACAG survived after 48 hours. Therefore, it can be said that the high degree of conservation of this region is maintained by the evolutionary selection pressure. The above results indicate that the method of the present invention can be used for functional analysis and functional modification of DNA. It also shows that the reagents and the like used in the examples can be used as a kit for preparing a DNA library having a modified target base sequence.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、改変された塩基配列を
有するDNAライブラリーの作製において、変異の導入さ
れる部位および導入される変異のランダムさの程度を制
御し得る。また、必要に応じて、鋳型DNAをDNAライブラ
リーから排除することができる。このため本発明によれ
ば、多様なDNAライブラリーを厳密な制御下で作製する
ことができる。これにより、作製されるDNAライブラリ
ーの使用目的に応じて、その目的にかなったDNAライブ
ラリーを作製することが可能となる。また、本発明の方
法により作製されるDNAライブラリーを、本発明者らが
開発したSSER法に適用することで、DNAにおける機能的
に重要な配列の同定や標的塩基配列の機能を保持する変
異配列の選抜を効率的に行うことができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, in the preparation of a DNA library having a modified nucleotide sequence, the site where a mutation is introduced and the degree of randomness of the introduced mutation can be controlled. In addition, the template DNA can be excluded from the DNA library if necessary. Therefore, according to the present invention, various DNA libraries can be prepared under strict control. This makes it possible to prepare a DNA library that meets the purpose, depending on the purpose of use of the prepared DNA library. Further, by applying the DNA library prepared by the method of the present invention to the SSER method developed by the present inventors, the mutation that retains the function of identifying the functionally important sequence in DNA and the function of the target base sequence. Sequences can be efficiently selected.

【0049】[0049]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> tsutomu, suzuki kimitsuna watanabe <120> Method for DNA library construction with randomized sequence. <130> SEN-A0113 <140> <141> <160> 7 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <220> <221> misc_feature <222> (20)..(26) <223> n represents a, t, c, or g <400> 1 atgcatctga ggccccgtan nnnnnntcgg atcgacgatc ataagctta 49 <210> 2 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <400> 2 tacgtagact ccggggcata taacagagcc tagctgctag tattcgaat 49 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <400> 3 tagctgctag tattcgaat 19 <210> 4 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <220> <221> misc_feature <222> (18) <223> n represents a, t, c, or g <220> <221> misc_feature <222> (20)..(24) <223> n represents a, t, c, or g <400> 4 taaaaggtac tccggggncn nnnngcttat accgcccaag agttcatatc gacggcgg 58 <210> 5 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <400> 5 cccggagtac cttttatccg ttgagcgatg g 31 <210> 6 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <400> 6 ccttgaaata ccacccttta atg 23 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:an artificially synthesized pri mer sequence <400> 7 tgctttcagc acttatctct tccg 24[Sequence list]                                SEQUENCE LISTING <110> tsutomu, suzuki       kimitsuna watanabe <120> Method for DNA library construction with randomized sequence. <130> SEN-A0113 <140> <141> <160> 7 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <220> <221> misc_feature <222> (20) .. (26) <223> n represents a, t, c, or g <400> 1 atgcatctga ggccccgtan nnnnnntcgg atcgacgatc ataagctta 49 <210> 2 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <400> 2 tacgtagact ccggggcata taacagagcc tagctgctag tattcgaat 49 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <400> 3 tagctgctag tattcgaat 19 <210> 4 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <220> <221> misc_feature <222> (18) <223> n represents a, t, c, or g <220> <221> misc_feature <222> (20) .. (24) <223> n represents a, t, c, or g <400> 4 taaaaggtac tccggggncn nnnngcttat accgcccaag agttcatatc gacggcgg 58 <210> 5 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <400> 5 cccggagtac cttttatccg ttgagcgatg g 31 <210> 6 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <400> 6 ccttgaaata ccacccttta atg 23 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: an artificially synthesized pri mer sequence <400> 7 tgctttcagc acttatctct tccg 24

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 Nは、任意の塩基を意味する。FIG. 1 N means any base.

【図2】 本実施例で用いたリボソームRNAの発現ベク
ター(pRB-SacB-Ampr)、および本実施例で用いたライ
ブラリー作成用のベクター(pRB-Kamr)を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the expression vector for ribosomal RNA (pRB-SacB-Amp r ) used in this example, and the vector for constructing the library (pRB-Kam r ) used in this example.

【図3】 アンダーラインは、特異的変異部位を示す。
Nは、任意の塩基を意味する。
FIG. 3 Underlines indicate specific mutation sites.
N means any base.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4B024 AA20 BA80 CA01 EA04 FA02 GA11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4B024 AA20 BA80 CA01 EA04 FA02                       GA11

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 標的塩基配列が改変されたDNAライブラ
リーを作製する方法であって、下記(a)および(b)
のプライマーを用いて、標的塩基配列を含むDNAを鋳型
にポリメラーゼ連鎖反応を行うことを含む方法。 (a)標的塩基配列を含む領域にハイブリダイズするプ
ライマーであって、標的塩基配列に対応するプライマー
中の塩基配列が、標的塩基配列から改変されている第一
のプライマー (b)該第一のプライマーにおける、標的塩基配列に対
応する塩基配列の5'側領域と相補的な塩基配列を含む第
二のプライマー
1. A method for preparing a DNA library in which a target nucleotide sequence is modified, which comprises the following (a) and (b):
A method comprising performing a polymerase chain reaction using the DNA containing the target nucleotide sequence as a template, using the primer of 1. (A) a primer that hybridizes to a region containing a target base sequence, wherein the base sequence in the primer corresponding to the target base sequence is modified from the target base sequence (b) the first primer A second primer containing a base sequence complementary to the 5'side region of the base sequence corresponding to the target base sequence in the primer
【請求項2】 ポリメラーゼ連鎖反応に供する鋳型DNA
をメチル化する、請求項1に記載の方法。
2. A template DNA used for polymerase chain reaction.
The method of claim 1, wherein the is methylated.
【請求項3】 鋳型DNAのメチル化が、配列特異的なDNA
メチル化酵素処理によって行われる請求項2に記載の方
法。
3. A DNA in which methylation of template DNA is sequence-specific
The method according to claim 2, wherein the method is performed by treatment with a methylating enzyme.
【請求項4】 ポリメラーゼ連鎖反応後に、鋳型DNAの
分解を行うことを含む請求項1〜3のいずれかに記載の
方法。
4. The method according to claim 1, which comprises decomposing the template DNA after the polymerase chain reaction.
【請求項5】 鋳型DNAの分解が、DNA分解酵素処理によ
って行われる請求項4に記載の方法。
5. The method according to claim 4, wherein the decomposition of the template DNA is carried out by a DNA degrading enzyme treatment.
【請求項6】 DNA分解酵素処理が、制限酵素Dpn I処理
である請求項5に記載の方法。
6. The method according to claim 5, wherein the DNA degrading enzyme treatment is a restriction enzyme DpnI treatment.
【請求項7】 DNA分解酵素処理が、制限酵素Dpn I処理
およびそれに続くλエキソヌクレアーゼ処理である請求
項5に記載の方法。
7. The method according to claim 5, wherein the DNA degrading enzyme treatment is a restriction enzyme Dpn I treatment followed by a λ exonuclease treatment.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の方法に
より作製される、標的塩基配列が改変されたDNAライブ
ラリー。
8. A DNA library having a modified target base sequence, which is produced by the method according to any one of claims 1 to 7.
【請求項9】 請求項1〜7のいずれかに記載の方法を
実施するためのキットであって、下記(a)〜(c)の
少なくとも1つを含むキット。 (a)DNAメチル化酵素 (b)メチル化されたDNAを切断する酵素 (c)λエキソヌクレアーゼ
9. A kit for carrying out the method according to claim 1, which comprises at least one of the following (a) to (c). (A) DNA methylase (b) Enzyme that cleaves methylated DNA (c) λ exonuclease
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