Tetrahedron Letters,Vol.24,No.l6,pp Printed in Great Britain
1691-1694,1983
0040-4039/83/161691-04$03.00/o 01983 Perqamon Press Ltd.
TiiI!;STl~~H-FJ~STP~lS~r~SY~TH~S~ VON OLIGODESOXYHIBOP7UCLEOTIDEI~~ Al!? POLYSTYREN-TEFLON
TRiPiGERN
h. Rosenthal, D. Cech* Sektion Chemie der Humboldt-Universitat Invalidenstr.
zu Berlin, DDR-1040 Berlin,
42
V.P. Veiko, T.S. Orezkaja, X.11. Kuprijanova,
Z.A. Shabarova
CherriischeFakultat und A.N. Belozerskg Institut fiir Molekularbiologie und Bioorganische
Chemie der Moskauer Staatlichen Universitat,
11'7234 Xoskau, UdSSR A simple solid phase r.lethodfor the synthesis of oligodeoxyribonucleotides on a grafted polystyrene-teflon support' has been employed using the phosphotriester approach in 5'-3' direction. !:s a control of the reactions a semicuajititative p.yrolysis class spcctrometq approach for analyzing of the polymerbound oligonucleotides was developed. In den letzten drei Jahren sind neben dem Phosphit-Triesterverfahren
an Kie-
selgel 1 eine Reihe von leistungsfahigen
Phosphor-Triesterverfahren an unter2 schiedlichen Tr~ge~~laterialien crie Polgdirieth~lac~lar::ici, Polyacrylmorpholid 3 , 6 4 5 und dem Copolymer Polgatyren-Teflon 7 entvjickelt Cellulose , Glas , Polgstgren und in der Synthese einer groRen anzahl von Oligocucleotiden mit Kettenlangen :,7cr: S bis 31 Einheiten erfolgreich eingesetzt worden. Als Trager fiir automatisierte Festphasensynthesen
eignen sich davon nur Polystgren, Polystyren-Teflon
~!nc! Kieselgel. Polare Tragerclaterialien v:ie Polgacrylanide
sind nur dann fiir
den autonatischen Betrieb geeignet, wenn sie in eine anorganische I'.la-trix z.B. 8 Kieselgur eingebettet werden . 0bv:ohl schon 1978 von Potapov et al. PolystgrenTeflon als erstao Tragermaterial erfolgreich in halbautomatischen Sgntheseapparaturen eingesetzt wurde 9 , hat die zunachst starkere Rinwendung ei.niger Synthesegruppen
zu polaren Tragemlaterialien
die Erprobung unpolarer Trager in
tier Triester:~ethode verzagert. In jiingster Zeit erleben allerdings Polgstgren7. und Polgstgren-Teflon-Trager einc Renaissance in der Triestermethode (5, 11.1 Unterschied
ZLI
allen
anderen Festphasensynthesen
nach der? Triesterverfah-
ren, bei denell die Kette in 3'-5 ' Richtune; verlgngert cird, erfolgt die Kettenverlangerm,g in deri 2ri~str:rVerfa'lirc1~ an Polystgren-Teflon rlit Hilfe von Xono~,~d 3i:~ierbloclren nach de:,1 bereits 14)E? van Potapov et al. 7a entvjickelten Sche:la :_:,I 5'_?' i Richtung (.&bb. 1). Dies hat die Vorteile, daB erstens die in der Syn-these eingesetzten cberschtisse an IIono- oder Dirieren (PucleosidkoIrlponente) c?;urcl: I~i~~s~l~~elc~ro~~ctog~~aptie zuri_icl--i6c!.onncnwerden IcSnnen, zweitens v:ahrcnd dcr Kondensation keine Sulfonierung von polymer gebundenen RgdroAxylgruppen auftri-tt vrnd 6.28 drittc-ilcDcpurinisierung bei?? -Lbspalten der Cyanoethylschutzgrup1691
1692
pe im basischen tiileu fiir die vieitere Kettenverlgngerung werden kann. Da fiir die schnelle Zusbeutebestinmung
prinzipiell vermieder
keine spelctroskopischen
Blethoden z.B. der quantitativen Bestimmung von Schutzgruppen, die zur Verlangcrung der Kette abgespalten werden niissen, zur
Vcrfiig~mg
stehen, haben wir ers-t-
nalig die Pyrolgse-Yiassenspektrometrie als halbquantitatives wickelt, das die Bestimnung der Basenzusammensetzung nucleotid-Triester erlaubt".
somie die husbeutebesticnung
Grundvoraussetzung
iiber die Monomethoxgtrityl-
Verfahren ent-
polyller geblindener Oligo-
der Kondensationsreaktionen
dafiir ist, daR die Oligonucleotid-Triester,
die
oder I?-Benzylsuccinamid-Ankergruppe an Polystyren-
Teflon fixiert sind, unter pyrolgtischen Bedingungen
(l5O-22O'C) am 5'- bz\Fi.
3'-Ende vom Polymer abgespalten !P!erden,ohne daB starendc Fragmente fiir die ankergruppen
im Massenspektrometer
gebildet werden. I'eben allen B- und P-
Schutzgruppen werden vor allem die Basen-typischen Fragmente vie [(B+B)-CO]+', [B+HJ+' , [(B+EH;-CO]+' , [B+SI]+' und [J~+I~I]+' fiir die quantitativen Bestimmungen genutzt
.
Die Kettenverlangerung der Cyanoethylgruppe Kondensation
am Polymer bestcht aus zwei Schritten: 1. ilbspalten
in basischen Uilieu vom 3'-Ende der wachsenden Kette; 2.
der polymer gebundenen 3 l-Phosphordiesterkomponente
ponente) nit der 5'-OH Dinucleotidtriester
(Phosphatkor:-
Gruppe der verwendeten N- und P-geschiitzten Lono- oder
(Nucleosidkomponente)
mit den Kondensationsmitieln
TPS/
I3 (Abb. 1). Tetrazol12 oder I-I.Iethylimidazol
Abb. 1: Triester-Festpllasensynthese an Polyst;Jren-Teflon in ",’ - 3 ’ Richtung (LbkLirzungen siche PuBnote 14) Die Synthese der in Tab. 2 ausgenicsenen Oligonucleotide reaktor mit G 2 Fritte
(V=l,5
rd)
wurde in eincli Glas-
durchgefiihrt. Der Zu- und iibfluB 8ov:i.edie
KreislauffLihrung aller Rengenzien und Losungsmittel (0 Imm) wurde iiber ein System van Teflon-Vectilcn
durch cinen Teflon-Schlauci'
SKV-? und SliV-4 (Firma Pl:a>>-
1693
macia) gesteuel:t. Piir cXe Synthesen w&en
ca. lGO-500
iig
Polymer eingesetzt.
Bei Veraendung von vieniger als 150 mg Polyl?er ist eine Kreislauffiihrung der Iteagenzien nicht r!ehr notnendig. Polymer gebundene Nucleosid-3'-phosphorsZureCriestcr
wurden durch 16 h Reaktion van@-(NeO)Tr-Cl
Init den Nucleosid-
3'-phospilors$iuretriestern in Pyridin erhalten' (dTg=115, dbzA$=77, dbzGe=97 l_lntl dbzC+=92
Trgger). TPS wrde
in 3fachen, Tetrazol, I-Methylimidazol
in gfachell und die Nucleosidkonponente
in lOfacher:lgberschul3 inbezug auf die
~r.~ol/g
polynere Phosphatkol~lponexteeingesetzt. Die Cyanoethylgruppe xX+/Ii20
wurde xit F]ridiE/
(3:1:1, v/v/v) in 30 Iiinuten abgespalten. Alle Operationen
eines
ZyGlus cibt Tab. 1 an (fUr 100-150 mg Polymer). Tab. 1 Operation
Xenge (ml)
Reagenz
Zeit (min)
1
Pyridin/Et3I!/H20 (?:I:'!, v/v/v)
1x5
30
2 3
trockenes Pyridin
3x5
5
liono- oder Dixerblock in 0,~ xl trockenw
Pyridin + TPS/Tetrazol
120 (a)+
(a)
oder I-1.Iethylimiclazol (Is) 30 (b)+ 4 Pyridin 3x5 5 +Gesantzeit fi_irden Zyklus 160 (a) bzw. 70 W_nuten (b). 1Jm eine geniigend hohe ILusbeute der sterisch gehinderten Reaktion des ersten Dirqerblocks 2 (x2) rnit dem polymer gebundenen Nucleotid 1 zu erhalten, nuB aufgrund kynetischer Untersuchungen die Kondensationszeit Tiir beide Kondensationsnittel auf 4-5 h verl~ngert cierden. Nach jeder Kondensation wrden
jeweils kleine Polymermengen
tor entnorrwn wit Et011 und rither genaschen,i.V.
(5 rg)
dem Reak-
getrocknet, pulverisiert
:?assenspektrometrisch untersucht. Daneben nurden, u.1;eindeutige uussagen tiie Kusbeuten der Kondensationsreaktionen
und iiber
zu gevrinnen, das Oligonucleotidmate-
rial Ilit 2% TFA in Cli Cl bei -2O'C (B- und P-Schutzgruppen wrden vorher mit g 2 IX3 in Pyridin bei 50 C, 12 h entfernt) abgespalten und durch Ionenaustauschchromatographie
an DEAE-Cellulose
i-litlinearem NaCl-Gradienten
in 7 1,: Harn-
stoss, 0,Ol I.1Tris IICl, pH 7,5 oder an Li chrosorb mit linerarem PhosphatGradienten irl11ikro;iaBstabaufgetrenlit (Abb. 2).
JLbb.
2: i.:i!croionenaustaL!schc~,ro!latograpl;ie von d(TTG&TTCTC) se (c) u1-d d(CCdiGG>:GCTp)ar, Li cl~~osor~l? (I:)
an DE&L&Cellulo-
1694
Fiir d(TTGAATTCTC)
v:urden dabei Reaktionsausbeuten
den Peakfl&chen)von massenspektrometrisch Hauptprodukte
gewonnenen Werten stehen. klle Oligonucleotide
nach Abspalten aller Schutzgruppen
austauschchronatographie Homogenitgt
(rechnerische Ermittlung
aus
58, 78, 82, 100 und 85% ermittelt, die in Einklang mit den
an DUE-Cellulose
nurden als
und des Trggers durch Ionen-
bei pH '7,5 und 3,5 isoliert und ihre
durch Mikroionenaustauschchronatographie
an Li chrosorb iiberpriift.
Die Struktur wurde durch Sequenzanalgse nach Flaxam und Gilbert I5 bestgtigt. isoliertes Oli onucleotid Ausbeute Tab, 2 Polynernenge (%) W&O) ? rmol ) (rig) 1. d(T?%@?m)
25
25,O
C,250
857
2. d(Tmn=ClQ)
19
I?,0
0,113
592
3. d(GCATTGATm)
13
235
0,023
138
4. d(CCTGGAATTTp)
18
890
0,078
498
5. d(CCAGGAGCTp)
29
21,5
0,225
8,2
Nit der von uns entwickelten Festphasensgnthese der Triestermethode
an Polystgren-Teflon
in 5'-3' Richtung kcnnen Oligonucleotide
nach
r!iitoder ohne
3'-Phosphat in guten Busbeuten und einfach zu handhabender Technik synthetisiert werden. kufierdem ist diese b1ethode fi_irautornatisierte Sgnthesen gut geeignet. Literatur Idatteucci und L'1.H.Caruthers 1. P.I.D.
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