(57)【要約】【目的】より確実な方法で高分子量の超分子構造体を提供すること。【構成】下記工程：− 認識要素の結合した第１のオリゴマー要素と、前記第１のオリゴマー要素の認識要素を認識することが可能な認識要素の結合した第２のオリゴマー要素とを結合条件下で合わせる工程、を含み、前記オリゴマー要素は、独立してペプチド結合を含むバックボーンを含み、前記認識要素は、ヌクレオ塩基から選択される複素環部分を含み、前記認識要素は、水素結合、ファン・デル・ワールス相互作用、π−スタッキングまたは水排除を介して他の認識要素を認識し、それによって、前記第１および第２のオリゴマー要素の認識要素が前記ペプチド結合を含むバックボーンの空間の一定の位置に結合していることを特徴とする、少なくとも２つのオリゴマー要素を含んでなる一定の二次元または三次元のオリゴマーの幾何学構造体の構築方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程：
− 認識要素の結合した第１のオリゴマー要素と、前記第１のオリゴマー要素の認識要素を認識することが可能な認識要素の結合した第２のオリゴマー要素とを結合条件下で合わせる工程、
を含み、前記オリゴマー要素は、独立してペプチド結合を含むバックボーンを含み、前記認識要素は、ヌクレオ塩基から選択される複素環部分を含み、前記認識要素は、水素結合、ファン・デル・ワールス相互作用、π−スタッキングまたは水排除を介して他の認識要素を認識し、それによって、前記第１および第２のオリゴマー要素の認識要素が前記ペプチド結合を含むバックボーンの空間の一定の位置に結合していることを特徴とする、少なくとも２つのオリゴマー要素を含んでなる一定の二次元または三次元のオリゴマーの幾何学構造体の構築方法。
【請求項２】
該ヌクレオ塩基が、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、イノシン、５−メチルシトシン、チオウラシル、７−デアザ−ｄＧＴＰ、ブロモチミンおよびアザアデニンから選択される、請求項１記載の構築方法。
【請求項３】
該構造体が枝分かれしていることを特徴とする、請求項１または２記載の構築方法。
【請求項４】
該構造体がネットワークまたは格子として設計される構造体である、請求項１〜３いずれか記載の構築方法。
【請求項５】
異なる配列の認識要素を有する２以上のオリゴマー要素を含有してなり、それによって第１のオリゴマー要素の認識要素は、水素結合を介して第２のオリゴマー要素上の認識要素に結合してなる構造体であって、前記オリゴマー要素は、独立してペプチド結合を含むバックボーンを含み、前記認識要素は、ヌクレオ塩基から選択される複素環部分を含むことを特徴とする、二次元または三次元の一定のオリゴマー幾何学構造体。
【請求項６】
該ヌクレオ塩基が、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、イノシン、５−メチルシトシン、チオウラシル、７−デアザ−ｄＧＴＰ、ブロモチミンおよびアザアデニンから選択される、請求項５記載の構造体。
【請求項７】
該幾何学構造体が５以上のオリゴマー要素を含有してなることを特徴とする、請求項５または６記載の構造体。
【請求項８】
請求項５記載の二次元または三次元の構造体の調製における、一般式：
【化１】
2009100762.tif 000008
（式中、Ｘはアミノ保護基であり、Ｙはカルボキシ保護基であり、
Ｒ7は、正もしくは負の電荷を有する官能基を含む部分、または金属イオンを錯化もしくはキレート化可能な部分、または共有結合による架橋を誘導するための反応基であり、
Ｌは、複素環部分および反応性芳香族部分から選択される親和性部分である）
で表されるモノマーサブユニットを含有してなる化合物の使用方法。
【請求項９】
正もしくは負の電荷を有する該官能基がカルボキシル基、リン酸基もしくはアンモニウム基であり、共有結合による架橋を誘導するための該反応基がメルカプト、マレインイミド、キノン、ナイトレンもしくはカルベンであり、該親和性部分が芳香族アジドもしくはキノンである、請求項８記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オリゴマー要素から二次元または三次元の一定のポリマー幾何学構造体の構築方法、かかる幾何学構造体ならびに一定の型の超分子構造体の集合における核酸類似体の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生きた生物体は、特に、生物分子（脂質、蛋白質複合体およびＤＮＡ二重らせん）の一定の自己会合によりかかる生物分子から構築される。生物分子は、限られた親和性のみを有し、生物学的に分解されやすいので、生きた生物体に存在するかかる超分子構造体は、これらの生物体外では比較的不安定である。
【０００３】
レーン(Lehn)(Science 260, 1762-1763, 1993)は、低分子量の有機分子と金属イオンから人工的に自己集合した錯体の使用を記載している。
【０００４】
さらに、孔がクラスター形成中にラングミュア−ブロジェット層で生成可能であることは、知られている。かかる人工系は、違いがないかまたはいくらかの違いを有する単一の分子の会合に基づく。
【０００５】
天然では、複雑な構造体は、アミノ酸およびヌクレオチドのような単一の基本構造に基づき、異なる三次元構造の巨大分子から作製される。相補的な配列の核酸は、イン・ビボの特殊構造およびネットワークを後に形成可能ならせん鎖を形成する。
【０００６】
Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 7, 735-739において、巨大環に基づく超分子構造体が開示されている。J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 852-853において、超分子構造体における立体化学の制御が記載されている。
【０００７】
J. Vac. Sci. Technol. A 12(4), 1895-1903において、二次元の格子を形成するためにＤＮＡ分子の自己会合が記載されている。かかる格子は、そのヌクレオチド配列がかかるＤＮＡ分子の４以上が接合点を形成するための好ましい集合を有するように選ばれるＤＮＡ分子を用いて形成される。本明細書において、関わるＤＮＡ分子の配列をいかに選択しなければならないかを明白に説明する。さらに、立方体のような三次元の物体がいかに６つの環状ＤＮＡ分子から創出できるかを少なくとも理論的に開示する。また、ＤＮＡ分子の配列は、立方体の辺に沿って二本鎖のＤＮＡを生成させることにより構造が安定化され、定められるように選択される。
【０００８】
独国特許−Ａ−３９２４４５４号明細書および米国特許第５，５６１，０７１号明細書において、電子チップに用いられる要素等の伝導性要素を生成するための自己会合二本鎖ＤＮＡの使用が記載されている。この参考文献の開示は、参照により本明細書に合体される。
【０００９】
現在、ＤＮＡの自己会合により調製される超分子構造体は、イン・ビトロの条件下で不安定なので、それらにより調製された電子チップ等は信頼性のないことがわかっている。
【００１０】
国際公開第９２／２０７０２号パンフレットにおいて、非常に高い親和性で相補的な核酸に結合可能な純粋に合成されたオリゴマー分子が開示されている。これは、ヒトの体内での治療法またはイン・ビボもしくはイン・ビトロの核酸の診断においてのいずれかで使用することができる。この参考文献に記載されたペプチド核酸（ＰＮＡ）は、一定の位置でヌクレオ塩基を付着した、これらのヌクレオ塩基がＤＮＡ鎖上の相補的な塩基に水素結合可能となるように、よって二本鎖または三本鎖複合体を形成できるような非天然のバックボーンを有することを特徴とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、より確実な方法で高分子量の超分子構造体を提供することにある。また、本発明の別のまたは追加の目的は、予言できる方法でより安定な高分子量の超分子構造体を提供することにある。本発明のさらなる目的は、目的の方法で、コンピューターチップにおいて、ナノメータースケールでロボットのアーム等のロボットにおいて、伝導度および／または絶縁体性質を有する新規な材料／ポリマーにおいて使用可能な超分子構造体に基づく新規な材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の要旨は、
〔１〕下記工程：
− 認識要素の結合した第１のオリゴマー要素と、前記第１のオリゴマー要素の認識要素を認識することが可能な認識要素の結合した第２のオリゴマー要素とを結合条件下で合わせる工程、
を含み、前記オリゴマー要素は、独立してペプチド結合を含むバックボーンを含み、前記認識要素は、ヌクレオ塩基から選択される複素環部分を含み、前記認識要素は、水素結合、ファン・デル・ワールス相互作用、π−スタッキングまたは水排除を介して他の認識要素を認識し、それによって、前記第１および第２のオリゴマー要素の認識要素が前記ペプチド結合を含むバックボーンの空間の一定の位置に結合していることを特徴とする、少なくとも２つのオリゴマー要素を含んでなる一定の二次元または三次元のオリゴマーの幾何学構造体の構築方法、
〔２〕該ヌクレオ塩基が、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、イノシン、５−メチルシトシン、チオウラシル、７−デアザ−ｄＧＴＰ、ブロモチミンおよびアザアデニンから選択される、〔１〕記載の構築方法、
〔３〕該構造体が枝分かれしていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕記載の構築方法、
〔４〕該構造体がネットワークまたは格子として設計される構造体である、〔１〕〜〔３〕いずれか記載の構築方法、
〔５〕異なる配列の認識要素を有する２以上のオリゴマー要素を含有してなり、それによって第１のオリゴマー要素の認識要素は、水素結合を介して第２のオリゴマー要素上の認識要素に結合してなる構造体であって、前記オリゴマー要素は、独立してペプチド結合を含むバックボーンを含み、前記認識要素は、ヌクレオ塩基から選択される複素環部分を含むことを特徴とする、二次元または三次元の一定のオリゴマー幾何学構造体、
〔６〕該ヌクレオ塩基が、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、イノシン、５−メチルシトシン、チオウラシル、７−デアザ−ｄＧＴＰ、ブロモチミンおよびアザアデニンから選択される、〔５〕記載の構造体、
〔７〕該幾何学構造体が５以上のオリゴマー要素を含有してなることを特徴とする、〔５〕または〔６〕記載の構造体、
〔８〕〔５〕記載の二次元または三次元の構造体の調製における、一般式：
【化１】
2009100762.tif 000002
（式中、Ｘはアミノ保護基であり、Ｙはカルボキシ保護基であり、
Ｒ7は、正もしくは負の電荷を有する官能基を含む部分、または金属イオンを錯化もしくはキレート化可能な部分、または共有結合による架橋を誘導するための反応基であり、
Ｌは、複素環部分および反応性芳香族部分から選択される親和性部分である）
で表されるモノマーサブユニットを含有してなる化合物の使用方法、
〔９〕正もしくは負の電荷を有する該官能基がカルボキシル基、リン酸基もしくはアンモニウム基であり、共有結合による架橋を誘導するための該反応基がメルカプト、マレインイミド、キノン、ナイトレンもしくはカルベンであり、該親和性部分が芳香族アジドもしくはキノンである、〔８〕記載の使用方法
に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、オリゴマー要素から二次元または三次元の一定のポリマー幾何学構造体の構築方法、かかる幾何学構造体ならびに一定の型の超分子構造体の集合における核酸類似体の使用が提供される。本発明によれば、より確実な方法で高分子量の超分子構造体および予言できる方法でより安定な高分子量の超分子構造体が提供される。また、本発明によれば、コンピューターチップにおいて、ナノメータースケールでロボットのアーム等のロボットにおいてならびに伝導度および／または絶縁体性質を有する新規な材料／ポリマーにおいて使用可能な超分子構造体に基づく新規な材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、３つの異なるペプチド核酸の自己集合により調製された、自己集合した二次元幾何学構造体の構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の主題は、認識要素の結合した第１のオリゴマー要素と、前記第１のオリゴマー要素の認識要素を認識することが可能な認識要素の結合した第２のオリゴマー要素とを結合条件下で結合する工程を含み、前記認識要素が水素結合を介して他の認識要素を認識する複素環部分であり、前記第１および第２のオリゴマー要素の前記認識要素がペプチド結合を含むバックボーンの空間の一定の位置に結合している、二次元または三次元のポリマーの一定の幾何学構造体の構築方法である。さらに、本発明の主題は、かかるポリマー幾何学構造体である。
【００１６】
本発明において一定の幾何学構造体とは、一定の広がりを有する、概略的に描くことが可能な構造体である。かかる一定の幾何学構造体の例としては、前記従来技術に記載したような格子、接合点、立方体および枝分かれ分子が挙げられる。したがって、本発明は、目的の構造を創出するために、ナノ−エンジニアリングで使用することができる。従来技術により該構造を作製するためのＤＮＡが記載されているが、本発明は、ペプチド様結合を含むバックボーンを含有するオリゴマー要素の使用に向けられる。幾何学構造体は、少なくとも１つの枝分かれ点を含むことが好ましい。枝分かれ点とは、３つ以上のアームが合流する位置であると定義される。これらのアームの少なくとも１つは、このアームの１つの鎖がさらなるオリゴマー要素の鎖に結合しているセグメントを含有する。本発明のオリゴマーまたはポリマーの幾何学構造体は、少なくとも２つのオリゴマー要素を含有する。しかしながら、かかる構造体は６以上のオリゴマー要素、好ましくは８〜１００万の間のオリゴマー要素を含むことが好ましい。この定義において、オリゴマー構造体は、２〜２０のオリゴマー要素を含み、ポリマー構造体は、２１以上のオリゴマー要素を含む。これらのオリゴマー要素は、例えば、認識要素の配列のみが異なる同じ種類のものであってもよく、しかしながら、該オリゴマー要素は、例えば、配列と分子構造が異なる、異なる種類のものであることが好ましく、例えば、それらのいくつかは、さらに修飾されるかまたは異なるバックボーンもしくは付着部分に基づくものである。
【００１７】
本発明においてオリゴマー要素とは、ファン・デル・ワールス相互作用、π−スタッキング、水排除または水素結合を介して他の複素環分子を認識するアルキル、アリール、芳香族または／および複素環部分等の親和性部分を含むと定義される。前記親和性部分は、ポリアミドバックボーンの空間の一定の位置に結合している。該バックボーンは、一般に、非天然のバックボーンである。該バックボーンは、好ましくはアミド結合形成により一緒に共有結合したサブユニット等の反復モノマーサブユニットを含むことが好ましい。国際公開第９５／１４７０６号パンフレット、欧州特許第７００９２８号明細書、欧州特許第６４６５９５号明細書および欧州特許第６７２６７７号明細書に記載されるように、バックボーンに１種類のみのモノマーサブユニットを用いることがさらに好ましいが、別々に混合されるかまたはいくつかの同一サブユニットを含む一続きとして、バックボーン内に異なるサブユニットおよび／または異なる結合を用いることが可能である。
【００１８】
非天然のバックボーン部ならびに過剰のオリゴヌクレオチドの両方を有するオリゴマー要素は、幾何学構造体を集合後修飾するために使用することができる。したがって、例えば、欧州特許第７２０６１５号明細書に記載されるように、モノヌクレオチドユニットをオリゴマーユニットの末端にさらに付着することが可能である。
【００１９】
ペプチド核酸（ＰＮＡ）等の好ましいオリゴマー要素は、国際公開第９２／２０７０２号パンフレットに記載されている。かかる化合物は、ポリアミドバックボーン内に位置するアミン原子に個々に結合した多数の複素環部分を生ずるポリアミド含有バックボーンを含む。
【００２０】
好ましいペプチド核酸を、式（Ｉ）で示す：
【００２１】
【化２】
2009100762.tif 000003
【００２２】
〔式中、ｎは、少なくとも３以上の整数であり、
ｘは、２〜ｎ−１の整数であり、
Ｌ1 〜Ｌn は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルカノイル基、天然のヌクレオ塩基、非天然のヌクレオ塩基、芳香環基、ＤＮＡインターカーレーター、ヌクレオ塩基結合基、複素環基、レポーターリガンドおよびキレート基からなる群より選択されたリガンドであり、少なくとも１つのＬ1 〜Ｌn は１級または２級アミノ基を含有し；
Ｃ1 〜Ｃn は、それぞれ、（ＣＲ6 Ｒ7 ）ｙ（ＣＲ6 Ｒ7 、ＣＨＲ6 ＣＨＲ7 またはＣＲ6 Ｒ7 ＣＨ２が好ましい）であり、ここで、Ｒ6 は水素、Ｒ7 は天然のαアミノ酸の側鎖からなる群より選択されるか、Ｒ6 とＲ7 は、独立に、水素、炭素数１〜６のアルキル基、アリール基、アラルキル基、ヘテロアリール基、ヒドロキシル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜６のアルキルチオ基、ＮＲ3 Ｒ4 およびＳＲ5 からなる群より選択され、ここで、Ｒ3 とＲ4 は以下のように定義され、Ｒ5 は、水素、炭素数１〜６のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、または炭素数１〜６のアルキルチオ置換された炭素数１〜６のアルキル基であるか、Ｒ6 とＲ7 は、一緒になって脂環系もしくは複素環系を形成し；またはＣ1 〜Ｃn は、ＣＯ、ＣＳ、ＣＮＲ3 である；
Ｄ1 〜Ｄn は、それぞれ、（ＣＲ6 Ｒ7 ）ｚ（ＣＲ6 Ｒ7 、ＣＨＲ6 ＣＨＲ7 またはＣＨ２ＣＲ6 Ｒ7 が好ましい）であり、ここで、Ｒ6 とＲ7 は、前記定義するとおりであり；
ｙおよびｚは、それぞれ、０または１〜１０の整数であり、ｙ＋ｚの合計は少なくとも２であり、好ましくは、２を越えるが１０以下であり、
Ｇ1 〜Ｇn-1 は、それぞれ、−ＮＲ3 ＣＯ−、−ＮＲ3 ＣＳ−、−ＮＲ3 ＳＯ−または−ＮＲ3 ＳＯ２−のいずれの向きでもよく、ここで、Ｒ3 は、以下に定義するとおりであり；
Ａ1 〜Ａn とＢ1 〜Ｂn は、それぞれ、下記：
（ａ）Ａ1 〜Ａn は、式（Ｉ／Ａ）、（Ｉ／Ｂ）、（Ｉ／Ｃ）もしくは（Ｉ／Ｄ）の基で、Ｂ1 〜Ｂn は、ＮもしくはＲ3 Ｎ+ である；または
（ｂ）Ａ1 〜Ａn は、式（Ｉ／Ｄ）の基で、Ｂ1 〜Ｂn は、ＣＨである；
ように選択され、
【００２３】
【化３】
2009100762.tif 000004
【００２４】
（式中、
Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、ＮＲ3 、ＣＨ２またはＣ（ＣＨ３）２であり；
Ｙは、単結合、Ｏ、ＳまたはＮＲ4 であり；
ｐおよびｑは、それぞれ、０または１〜５の整数であり（ｐ＋ｑの合計は、５以下であることが好ましい）；
ｒおよびｓは、それぞれ、０または１〜５の整数であり（ｒ＋ｓの合計は、５以下であることが好ましい）；
Ｒ1 およびＲ2 は、それぞれ独立して、水素、ヒドロキシ−もしくは炭素数１〜４のアルコキシ−もしくは炭素数１〜４のアルキルチオ−置換されていてもよい炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、炭素数１〜４のアルキルチオ基、アミノ基およびハロゲンからなる群より選択され；ならびに
Ｒ3 およびＲ4 は、それぞれ独立して、水素、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシ−もしくはアルコキシ−もしくはアルキルチオ−置換された炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜６のアルキルチオ基およびアミノ基からなる群より選択され；
ＱおよびＩは、独立して、ＮＨ２、ＣＯＮＨ２、ＣＯＯＨ、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、アミノ保護基により保護されたアミノ基、レポーターリガンド、インターカーレーター、キレート化剤、ペプチド、蛋白質、炭水化物、脂質、ステロイド、ヌクレオシド、ヌクレオチド、ヌクレオチドジホスフェート、ヌクレオチドトリホスフェート、オリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドの両方を含むオリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオシドおよび可溶性および非可溶性ポリマーならびに核酸結合基からなる群より選択され、
ｘ１およびｙ１は、それぞれ、０〜１０までの整数である）〕
【００２５】
最も好ましい核酸結合化合物は、一般式（II）：
【００２６】
【化４】
2009100762.tif 000005
【００２７】
（式中、Ｌは、Ｌ1 〜Ｌn に対して前記定義されたリガンドであり、
ｋ、ｌおよびｍは、独立に０または１〜５までの整数であり、
ｐは、０または１であり、
Ｒ7 は、水素および天然のαアミノ酸の側鎖からなる群より選択される）
で表されるモノマーサブユニットの少なくとも１つを含むものである。
【００２８】
好ましい認識要素は、Ａ、Ｇ、Ｃ、ＴおよびＵ等の天然のヌクレオ塩基、イノシン、５−メチルシトシンまたはチオウラシル等のまれな塩基ならびに７−デアザ−ｄＧＴＰ、ブロモチミンおよびアザアデニン等のいかなる非天然の類似体等のヌクレオ塩基である。これらの認識要素は、当該技術分野において公知のように、別のオリゴマー要素上の対応する認識要素を認識することが可能である。したがって、本発明は、例えば、認識要素の配列に基づく高い特異性を有する目的の構造体を創出する可能性を提供する。
【００２９】
水素結合は、特に、ワトソン−クリック塩基対形成およびフーグスティーン型塩基対形成を含む核酸の２つの鎖間で起こるような結合方法である。
【００３０】
認識要素は、バックボーン上の特定かつ一定の位置に結合し、４〜８個の介在原子により離れていることが好ましい。好ましい付着原子は、窒素原子である。
【００３１】
本発明において使用されるオリゴマー要素は、前記文献に記載されたような方法により調製することができる。バックボーン内のペプチド様結合の使用は、ＤＮＡまたはペプチド合成機を用いる簡単な合成のよい機会を提供する。調製する場合、該オリゴマー要素は、認識部分、認識されうる部分、触媒作用部分、標識または化学的に反応もしくは活性化可能な部分等の本発明の幾何学構造体に含まれる予定である他の部分に結合可能である。認識部分および認識されうる部分は、認識可能で、好ましくは他の成分に結合可能な部分である。例えば、免疫学的に反応する化合物、抗体、抗原および好ましくはポリハプテンまたは環状ペプチド等のペプチドエピトープを含む部分が挙げられる。また、かかる部分は、オリゴマー要素を結合してもよく、例えば、環状ペプチドの１つの末端が第１のオリゴマー要素に結合されてもよく、他の末端が第２のオリゴマー要素に結合されてもよい。これは、例えば、ペプチド合成機において、ポリマー構造内に導入する前にかかるコンジュゲートを合成することにより達成可能である。
【００３２】
触媒作用部分は、酵素であり、一緒に共有結合した多数の酵素の凝集物等のポリマー酵素が好ましい。例えば、蛍光標識、染色剤または金属もしくは他の固体粒子でさえも、種々の標識をオリゴマー要素に共役させることができる。反応基が好ましい。
【００３３】
本発明において有用な反応基は、前記定義したような認識部分等の他の基に共有結合可能な基であり、ポリマー構造体の集合前または後で、オリゴマー要素を架橋するために、またはオリゴマー要素にいかなる部分をもさらに結合するために使用可能な基が好ましい。かかる架橋部分は、例えば、アリールアジド、アシルアジド、ジアジリン、ケトン、キノンおよびプソラレンである。本発明において有用なオリゴマー要素の調製は、国際公開第９２／２０７０２号パンフレットおよび米国特許第５，５３９，０８２号明細書に詳細に開示されている。これらの参考文献は、本明細書に合体される。
【００３４】
前記したように、キメラ要素の使用は、モノヌクレオチドを用いる酵素的伸長反応等により、比較的短いオリゴマー要素を伸長させる可能性を提供する。伸長の別の例としては、チオール基を有する一方のオリゴマー上とチオール基に接近したアミノ基も含む他のオリゴマー上とのチオエステルの反応によるオリゴマーサブユニットの化学的連結である。チオエステル交換は、２つのオリゴマーを一緒に連結する。次いで、第２のオリゴマー上のアミノ基は、アミド結合を形成するために、新規に形成されたチオエステルを交換する（Canne ら、J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5891-5896) 。化学的連結の他の例は、同一もしくは別のオリゴマーサブユニット上に官能基を有する１つのオリゴマーサブユニットの活性化された基の結合である。この反応は、１つのオリゴマー上の活性化カルボン酸誘導体および同一もしくは別のオリゴマー上のアミノ基により行なうことができる。
【００３５】
また、２つのセグメントの共有結合は、突出末端を有する二本鎖／三本鎖を用いることによっても行なうことができる。次いで、１つの二本鎖の突出末端を他の二本鎖／三本鎖の突出末端とハイブリダイズすることができ、よって、倍の長さの二本鎖を形成する。架橋することが可能な認識部分を用いることにより（前記参照）、突出領域を共有結合することができる。
【００３６】
本発明の方法の好ましい様式において、少なくとも２つのオリゴマー要素を、認識要素を介する水素結合により一緒にオリゴマー要素を結合するのに適した条件下で結合させる。ペプチド核酸にとって適した条件は、国際公開第９２／２０７０２号パンフレットに開示されている。本発明におけるＰＮＡの使用の最も大きな利点の１つは、塩のないまたは非常に低濃度の塩の存在する水中等の非生理学的媒体中で、核酸または他のＰＮＡオリゴマーに塩基対形成を介してＰＮＡが結合できるという点である。
【００３７】
国際公開第９５／１４７０８号パンフレットに、キレート部分を結合したＰＮＡが開示されている。さらに、これらのＰＮＡオリゴマーは、かかるオリゴ／ポリマー構造内に電気伝導度を増加させるための金属イオンを結合させる（よって、金属イオンで幾何学構造体に不純物を添加する）機会を与える。ペプチド部分を付着したＰＮＡは、国際公開第９５／１６２０２号パンフレットに開示されている。これらの化合物は、酵素的修飾等の、後の修飾により本発明の幾何学構造体に機能を与え、または「ブリッジ」構造を作ることによりペプチド抗原への結合のための抗体の使用等の新規もしくは追加の会合構造体を構築するための機会を提供する。
【００３８】
核酸間の認識に比べて、特に第１と第２のオリゴマー要素が同じ種類のバックボーンから作られる場合において、核酸の測定方法と同様に核酸を認識することが必要ないので、配列中の親和性部分の間隔をより自由に選択することができる。したがって、本発明は、天然のＤＮＡを用いて調製される構造体よりもはるかに柔軟な幾何学構造体の構築方法を提供する。しかしながら、各オリゴマー要素のセグメント内、好ましくは水素結合を介してともに結合するように設計されたオリゴマー要素のセグメント内の認識要素間の間隔は、少なくとも一致または類似していることが好ましく、該認識要素間の間隔は、認識要素のπ−スタッキングおよび／または水排除がいまだ可能であるようになる。好ましい鎖間相互作用は、第１および第２オリゴマー要素により製造される二本／三本鎖産物の融解温度（Ｔｍ）を測定することにより容易に決定することができる。
【００３９】
一次元構造体は、枝分かれ点を有しない構造体、すなわち、直鎖状構造体である。
【００４０】
本発明の二次元構造体は、例えば、１つの層に向いた直鎖状構造を有する構造体であり、前記直鎖状構造体は、枝分かれ点で互いに選択的に結合している。二次元構造体は、直線、曲線または形成された環状であってもよい。環は、鎖または連鎖状に一緒に結合していてもよい。
【００４１】
三次元構造体とは、１を越える層に広がったまたは１を越える枝分かれ点を含む二次元構造体と定義されうる。三次元構造体の例は、立方体、管またはらせん型構造である。
【００４２】
本発明により構築される幾何学構造体は、ナノ構造体の調製およびナノエンジニアリングに高い興味がある。ナノ構造体の開発は、巨大構造体に比べて、進歩した器具に要求される小さな空間および少量の材料の必要性により興味深い。ナノ構造体への開発は、コンピューターの分野において最もよく説明されうる。最初のコンピューターは、装備したハードウエアが広大な規模を有したので大きな空間を要したが、半導体技術の開発により、非常に高い許容量を有するが限られた空間しか必要としないコンピューターの製作を可能にした。コンピューターチップを調製するために現在使用されている光リトグラフ様式は、チップのスケールをさらに低下させるには限界があることが今認識されている。ここで、本発明において製造されるようなナノ構造体は、スケールを低下させたコンピューターチップの構築に必要なこれらのより小さな規模を提供する。
【００４３】
この可能性は、好ましくは直径が二本鎖核酸類似体と同じくらい小さく、その規模が二本鎖核酸とほぼ同じ範囲にあるワイヤーまたは伝導性要素の構築を可能にする。しかしながら、一本鎖セグメントを幾何学構造体に含ませることにより、いかなるワイヤーをも一本鎖核酸類似体または炭水化物等のさらに単純な有機分子の強度にスケールダウンすることが可能である。
【００４４】
本発明の幾何学構造体とは、認識要素を用いて特異的または非特異的方法で結合可能な条件下で、２以上のオリゴマー要素（伸長または伸長していない）を結合させることにより調製することができる。次いで、特異的な結合が計画されるとき、塩基対を形成可能な（通常ハイブリダイゼーションと呼ばれる過程）天然または非天然のヌクレオ塩基を使用することができる。次いで、非特異的な結合が計画されるとき、鎖間π−スタッキングおよび／または水排除により二本鎖の形成が選択的に起こる。
【００４５】
したがって、本発明の幾何学構造体の最初の適応において、該構造は、表面上等の一定の型を創出するためにマスクとして使用される。核酸類似体の固定は、表面への受動的吸着によりなされてもよいが、該類似体と該表面間の結合形成（イオンまたは共有）によってもなされうる。かかる結合は、温度または光化学的手段により形成されうる。
【００４６】
表面上で創出された型を用いて、一部または残りの部分（前記表面上等）すべてを覆うかコーティングするために用いることが可能であり、不純物を添加したシリコン等を有する材料によっては前記構造体により覆われず、例えば、金属有機化学的蒸気析出を用いて、集合したオリゴマー要素を含む幾何学構造体を除去し、次いで、不純物を添加したヒ化ガリウムまたは不純物を添加したシリコンのような伝導体等の第２の材料の表面のいまだ未保護部分に適用する。したがって、本発明の幾何学構造体は、ネットワークまたは格子として設計することが可能であり、よって、一定のチップの製造を可能にする。ネットワークまたは格子からコンピューターチップの調製のための前記概念的考察の一部は、参照により本明細書に合体される米国特許第５，５６１，０７１号明細書から類推して移すことができる。
【００４７】
核酸類似体および特にこの分野におけるペプチド核酸の使用は、重要な利点を有する。核酸類似体は、表面の金属コーティング条件下で核酸よりも安定である。特に、核酸の１つでグリコシドまたはリン酸結合を破壊すること等により幾何学構造体内で破壊するコンピューターチップの調製の分野において、次いで「ワイヤー」を通じて流れない電流に重大な結果を有するであろう。
【００４８】
ＰＮＡは、好ましい態様においてグリコシドまたは／およびリン酸結合を含まない核酸類似体であり、かかるようなものは、核酸に比べて鎖の破壊のリスクを有意に低下し、ずっと安定である。これにより、使用上さらにより確実な核酸類似体を用いて、チップを調製させる。また、ＰＮＡのような核酸類似体は、化学的に反応可能な部位を導入するための比較的柔軟な方法により、より柔軟な方法で前記したように修飾することができる。
【００４９】
第２の態様において、本発明により調製される超分子の幾何学構造体は、電子伝達体に関する足場として使用することができ、よって、それ自体電流を通すことができる。本発明のオリゴマー要素を用いて構築された二本鎖は、特に、複素環部分または他の芳香族／コンジュゲート化系の妨害されないπ−スタックが二本鎖内に含まれるならば、電子のナノ構造伝導体として作用することができる（米国特許第５，５９１，５７８号明細書または、C & EN, 1997年2 月24日、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 7,735-739 またはJ. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 852-853等を参照) 。それにより、単純な適応において、オリゴマー要素の二本鎖から構成される電子伝達の足場、「ワイヤー」を介して２つの肉眼で見える電極を接続することが可能である。かかる電極は、幾何学構造体のオリゴマー要素の１つが例えば、共有結合で直接付着したり、例えば、電極表面に幾何学構造体またはオリゴマー要素を吸着することにより、間接的に付着する金属表面であってもよい。ＰＮＡの炭素電極への固定は、J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7667-7670に記載されている。この刊行物の内容は、電極に付着した核酸類似体の調製および電極に結合した二本鎖核酸類似体のポテンシオグラムの測定を規定するので、参照により合体される。
【００５０】
本発明を用いて、本発明の幾何学構造体を集合させることにより、それぞれが従来技術により調製された２つの電極を接続することができる。これは、前記したように、一次的な方法でなされうるかまたは、オリゴマー要素の特別なセットを用いて方向性のある方法で接続可能な別々の電極等のより部分的な表面を含むことがきる。例えば、各電極が特別なオリゴマー要素もしくは拡張したポリマー構造さえも付着しており、その後、本発明の幾何学構造体を創出するためにオリゴマー要素を、またはオリゴマー要素を有する１つの電極の拡張された幾何学構造体のアームを、または別の選択された電極の拡張された幾何学構造体を接続することにより選択された電極を接続して、電極の配列で表面を提供することが可能である。この方法において、顧客により設計された電極および構造が調製されうる。電極の配列を含むかかる装置は、これらの構造またはオリゴマー要素を含む溶液の１以上の小滴を各電極の表面に選択的に適用させることにより製造することができる。いかなる過剰の化合物も洗浄除去してよい。その後、選択された電極間の接続は、前記したように確立されうる。
【００５１】
さらに、架橋または酵素的伸長によっても本発明の方法により製造されたいかなる幾何学構造体も後に修飾することが可能である。架橋は、アクリジン、アリールアジド、アシルアジド、ジアジリジン、ケトン、キノンまたはプソラレンのような光化学的活性部位を取り込んだ幾何学構造体を、架橋反応を活性化させるために適当な波長の光で照射することによりなされうる。また、架橋は、アクリレートもしくはスチレンのような二重結合を含有する部分を用いてラジカルもしくは求電子連鎖反応による、または活性化されたときにアミンのような他の官能基と反応可能なカルボン酸のような官能基の活性化によるポリマー調製におけるような熱化学的手段によりなすことも可能である。この方法において、追加の枝分かれ点または二本鎖部分の鎖内／二本鎖の安定化さえも達成されうる。さらに、かかる不純物を添加した構造体の調製および使用に関して参照されるNature, 第391 巻, 775 頁, 1998年において開示された方法と同様に、銀イオン等のイオンにより幾何学構造体における負の電荷をもった部分に不純物を添加することが可能である。
【００５２】
三次元構造体は、二次元構造体を互いの頂上に付加することにより、統合された多層構造型構造体を形成する一貫した方法で作ることができる。
【００５３】
三次元構造体のコンフォメーションの修飾は、照射時に異性化する（シス／トランス異性体等）アザベンゼン、スチルベンのような特別な光化学基を用いることによりなされうる。
【００５４】
二次元または三次元構造体は、固相等に添加する前に溶液中で行なうことが可能であり、または、まず表面に二本鎖の一方の鎖を添加し、次いで、二本鎖を固相上で形成するように相補鎖を添加することにより直接該表面上で作ることが可能である。沈殿した構造体は、ヘリックス状のような三次元型等の溶液中のような構造を保持してもよいし、ラダー状のような型でヘリックスから二本鎖に表面上で構造を変えてもよい。
【００５５】
さらに、ＰＮＡの使用の別の利点は、ある配列に対して安定な三本鎖（ＰＮＡ−ＤＮＡ−ＰＮＡまたはＰＮＡ−ＰＮＡ−ＰＮＡ）を形成することを可能にすることである。この結合モチーフは、ＤＮＡ等よりもさらにより統合された構造を調製することを可能にする。
【００５６】
したがって、本発明のさらなる主題は、下記一般式：
【００５７】
【化５】
2009100762.tif 000006
【００５８】
（式中、Ｘはアミノ保護基であり、Ｙはカルボキシル保護基であり、
Ｒ7 は、カルボキシル基、リン酸基もしくはアンモニウム基等の正もしくは負の電荷を有する官能基を含む部分、または金属イオンを錯化もしくはキレート化可能な部分、またはメルカプト、マレインイミド、キノン、ナイトレンもしくはカルベン等の共有結合による架橋を誘導するための反応基であり、Ｌは、塩基配列特異性もしくは塩基非特異性に基づく一定の型の超分子構造体の調製のための、特に、ネットワークおよびコンピューターチップを処理する、ヌクレオ塩基への塩基対形成が可能な新規材料（新規ポリマー等）の構築のための、ならびにかかる構造体を架橋するための、またはかかる構造体に対する認識部位を結合するための、複素環部分または芳香族アジドもしくはキノン等の反応性芳香族部分が好ましい親和性部分である）
のモノマーサブユニットを用いることにより含まれるまたは調製される化合物の調製方法である。
【００５９】
核酸類似体は、かかる構造体の調製のための反応条件に対して比較的安定であり、通常の核酸では不可能な反応基を導入する機会を提供するので、一定の幾何学のポリマー構造複合体の調製のための特に有用な道具を提供する。
【００６０】
核酸類似体の使用のさらなる利点は、核酸に比べて有機溶媒でのよりよい溶解性および比較的低い水溶性を有する核酸類似体を提供する可能性である。さらに、核酸類似体の親油性は、多くの表面に対するより高い親和性を提供する。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
実施例１
核酸類似体の調製
ペプチド核酸は、２−カルボキシルメチル基により中央のＮ原子に結合した塩基を有するＮ−（２−アミノエチル）−グリシンバックボーンを保持する核酸類似体である。ＰＮＡは、国際公開第９２／２０７０２号パンフレットおよび米国特許第５，５３９，０８２号明細書に開示された方法により調製される。配列は、各実施例において示される。
【００６２】
実施例２
６つの核酸類似体を含む二重フォーク様幾何学構造体の集合
実施例１により、以下のペプチド核酸分子を調製する：
１．  Ｈ−ＴＣＡ−ＣＧＴ* −ＡＣＣ−ＴＡＧ−ＴＣＴ* ＣＴ−ｔｇｃ−ａｔ*
ｇ−ｃａｔ−ＮＨ２
２．  Ｈ−ｃｇａ−ｔｇｃ−ｔ* ａｃ−ＴＣＴＣＴ* −ＣＴＡ−ＧＧＴ* −ＡＣ
Ｇ−ＴＧＡ−ＮＨ２
３．（Ｈ−ＧＴＡ−ＧＣＡ−Ｔ* ＣＧ）2 −（ＡＴＧ−ＣＡＴ* −ＧＣＡ）1 −
ＮＨ２（2 ２．において小文字のセグメントに相補的、および1 １．にお
いて小文字のセグメントに相補的）
【００６３】
以下のペプチド核酸分子を対照分子として調製した。
４．  Ｈ−ＣＴＡ−ＧＧＴ* −ＡＣＧ−ＴＧＡ−ＮＨ２（１．の下線のセグメン
トに相補的）
５．  Ｈ−ＴＣＡ−ＣＧＴ* −ＡＣＣ−ＴＡＧ−ＮＨ２（２．の下線のセグメン
トに相補的）
６．  Ｈ−ＧＴＡ−ＧＣＡ−Ｔ* ＣＧ−ＮＨ２（２．の小文字のセグメントに相
補的）
７．  Ｈ−ＡＴＧ−ＣＡＴ* −ＧＣＡ−ＮＨ２（１．の小文字のセグメントに相
補的）
Ｔ* は、その位置でのＴモノマーがリジン含有バックボーンから構成される。前記１〜７の数字は、図１に示された１〜７の数字に対応する。
【００６４】
分子１、２および３は、オリゴマー要素として６個のＰＮＡ分子を含むオリゴマー構造体を形成するように設計される（３個にそれぞれ２回含まれる）。配列は、オリゴマー要素１、２および３の特定の前もって決定された結合が存在するように選択される。形成された幾何学構造体は、２つの枝分かれ点および４つの二本鎖セグメントを有する。
【００６５】
対照ハイブリダイゼーション
融解温度（Ｔｍ）の測定は、すべてのセグメントがハイブリダイズ可能であることを示す個々の対照部分の連続ハイブリダイゼーションを示す。したがって、１２マーの対照セグメント４および５の相補的セグメント１または２へのハイブリダイゼーションは、約７２℃での明らかな遷移を示す。９マーの対照セグメント（６および７）の相補的セグメント１または２へのハイブリダイゼーションは、約６０℃での遷移を示す。連結セグメント（３）の相補的セグメント１または２へのハイブリダイゼーションは、約６５℃での遷移を示す。これらの実験により、ステムは、約７３℃のＴｍ（１２マー）を有し、フォーク部分は、約６０℃のより低いＴｍ（９マー）を有することが示される。
【００６６】
超分子構造体の形成
１および２相互のハイブリダイゼーション（１本のフォーク形成、２分子の結合）は、示された対照セグメントとちょうど同じ大きさのΔＯＤを有する７３℃での非常に明らかな遷移を示す。１、２および３の混合（二重フォーク形成、６分子の結合）は、７３℃で明らかな遷移を示し、５０〜６０℃付近で弱い遷移を示す。この実験におけるΔＯＤは、最高の測定値である。この実験により、該構造体の２つのハイブリダイズしたステム部分（ダイマー、二本鎖形成により生成）は、ＰＮＡ（３）の重複により結合させることができることが示される。全体の構造は、目的の「二重フォーク」であると予想される。Ｔｍの測定に加え、全体の複合体の増加したΔＯＤにより、より大きな構造体が形成されることが示された。
【００６７】
超分子構造体は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により可視化することができる（Hansma, H. G. & Hoh, J. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 115-139 (1994); Bustamante, C. & Rivetti, C. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 25, 395-429 (1996); Han, W., Linsay, S. M., Dlakic, M. & Harrington, E. R. Nature, 386, 563を参照) 。該構造体は、溶液等で調製され、次いで、解読可能な表面に適用可能かまたは、該表面にビルディングブロックを連続して追加することにより調製可能である。さらに、中性子回折により、溶液中の超分子構造体の平均サイズの兆候を示すことができる。
【００６８】
本発明の態様として、以下のものが挙げられる。
［１］下記工程：
−  認識要素の結合した第１のオリゴマー要素と、前記第１のオリゴマー要素の認識要素を認識することが可能な認識要素の結合した第２のオリゴマー要素とを結合条件下で結合する工程、
を含み、前記認識要素は、水素結合、ファン・デル・ワールス相互作用、π−スタッキングまたは水排除を介して他の認識要素を認識する複素環部分であり、前記第１および第２のオリゴマー要素の少なくとも１つの認識要素が核酸類似体の空間の一定の位置に結合していることを特徴とする、一定のオリゴマーまたはポリマーの幾何学構造体の構築方法。
［２］該核酸類似体がペプチド結合を含むバックボーンを有することを特徴とする、［１］記載の構築方法。
［３］該構造体が二次元または三次元構造体であることを特徴とする、［１］または［２］記載の構築方法。
［４］該構造体が枝分かれしていることを特徴とする、［１］〜［３］いずれか記載の構築方法。
［５］該構造体がネットワークである、［１］〜［４］いずれか記載の構築方法。
［６］該第１および第２のオリゴマー要素が核酸類似体を含む、［１］〜［５］いずれか記載の構築方法。
［７］異なる配列の認識要素を有する２以上のオリゴマー要素を含有してなり、第１のオリゴマー要素の認識要素は、水素結合を介して第２のオリゴマー要素上の認識要素に結合してなる構造体であって、前記第１および第２のオリゴマー要素が核酸類似体であることを特徴とする、オリゴマーまたはポリマーの一定の幾何学構造体。
［８］該幾何学構造体が５以上のオリゴマー要素を含有してなることを特徴とする、［７］記載の構造体。
［９］一般式：
【化６】
2009100762.tif 000007
（式中、Ｘはアミノ保護基であり、Ｙはカルボキシ保護基であり、
Ｒ７は、正もしくは負の電荷を有する官能基を含む部分、または金属イオンを錯化もしくはキレート化可能な部分、または共有結合による架橋を誘導するための反応基であり、
Ｌは、複素環部分および反応性芳香族部分から選択される親和性部分である）
で表されるモノマーサブユニットを含有してなる化合物を用いる、塩基配列の特異性に基づく一定の型の超分子構造体の調製方法。
［１０］正もしくは負の電荷を有する該官能基がカルボキシル基、リン酸基もしくはアンモニウム基であり、共有結合による架橋を誘導するための該反応基がメルカプト、マレインイミド、キノン、ナイトレンもしくはカルベンであり、該親和性部分が芳香族アジドもしくはキノンである、［９］記載の調製方法。
［１１］［１］により調製可能な幾何学構造体を用いる、コンピューターチップの伝導体ネットワークの調製方法。
【図１】
2009100762.tif 000009