Můstková nukleová kyselina - Bridged nucleic acid

A přemostěnou nukleovou kyselinu (BNA) je upravený RNA nukleotid. Někdy se jim také říká omezená nebo nepřístupná RNA molekuly. BNA monomery může obsahovat pětičlennou, šestičlennou nebo dokonce sedmičlennou přemostěnou strukturu s "pevným" C3'-endo cukr svraštění.[1] Můstek je synteticky inkorporován na 2 ', 4'-pozici ribózy za vzniku 2', 4'-BNA monomeru. Monomery mohou být začleněny do oligonukleotid polymerní struktury využívající standardní fosfoamiditovou chemii. BNA jsou strukturně tuhé oligonukleotidy se zvýšenou vazebnou afinitou a stabilitou.

Chemické struktury

Chemické struktury monomerů BNA obsahující můstek v poloze 2 ', 4'-ribózy za vzniku 2', 4'-BNA monomeru syntetizovaného skupinou Takeshi Imanishiho.[2][3][4][5][6][7] Povaha mostu se může u různých typů monomerů lišit. 3D struktury pro A-RNA a B-DNA byly použity jako templát pro návrh BNA monomerů. Cílem návrhu bylo najít deriváty, které mají vysokou vazebnou afinitu s komplementárními řetězci RNA a / nebo DNA.

3D struktury pro A-RNA a B-DNA

palec Přítomnost 2'-hydroxylů v páteři RNA upřednostňuje strukturu, která se podobá struktuře DNA ve formě A. Pružný pětičlenný furanózový kruh v nukleotidech existuje v rovnováze dvou výhodných konformací N- (C3'-endo, A-forma) a S-typu (C2'-endo, B-forma), jak je znázorněno v následujícím postava.

Zvýšená konformační nepružnost cukrového zbytku v nukleosidy (oligonukleotidy) vede k získání vysoké vazebné afinity s komplementární jednovláknovou RNA a / nebo dvouvláknovou DNA. První 2 ', 4'-BNA (LNA) monomery byly poprvé syntetizovány skupinou Takeshi Imanishi v roce 1997[2] následován nezávisle skupinou Jespera Wengela v roce 1998.[8]

Chemické struktury dalších BNA, které byly syntetizovány v minulých letech, jak je uvedeno níže.

BNA nukleotidy mohou být začleněny do DNA nebo RNA oligonukleotidy v libovolné požadované poloze. Takové oligomery jsou syntetizovány chemicky a jsou nyní komerčně dostupné. Můstková konformace ribózy zvyšuje stohování bází a preorganizuje páteř oligonukleotidu, což významně zvyšuje jejich hybridizační vlastnosti.

Inkorporace BNA do oligonukleotidů umožňuje produkci modifikovaných syntetických oligonukleotidů se stejnou nebo vyšší vazebnou afinitou proti komplementu DNA nebo RNA s vynikající rozlišovací schopností s jediným nesouladem; lepší RNA selektivní vazba; silnější a sekvenčně selektivnější triplex tvořící znaky; výrazná vyšší rezistence vůči nukleázám, dokonce vyšší než u analogů Sp-fosforothioátu; a dobré vodné rozpustnost výsledných oligonukleotidů ve srovnání s běžnými oligonukleotidy DNA nebo RNA.

Chemické struktury BNA byly zavedeny v roce 2007 skupinou Imanishiho.[7] Tato nová generace analogů BNA se nazývá 2 ', 4'-BNANC[NH], 2 ', 4'-BNANC[NMe] a 2 ', 4'-BNANC[NBn].

Nové analogy BNA zavedené skupinou Imanishiho byly navrženy podle délky přemostěných skupina v úvahu. Šestičlenná přemostěná struktura s jedinečným strukturním znakem (vazba N-O) v cukrové části byla navržena tak, aby měla atom dusíku. Tento atom zlepšuje tvorbu duplexů a triplexů snížením odporu mezi záporně nabitými základními fosfáty. Tyto modifikace umožňují řídit afinitu vůči komplementárním řetězcům, regulovat odolnost proti degradaci nukleáz a syntézu funkčních molekul určených pro specifické aplikace v genomice. Vlastnosti těchto analogů byly zkoumány a porovnány s vlastnostmi předchozích 2 ', 4'-BNA (LNA) modifikovaných oligonukleotidů skupinou Imanishi. Výsledky Imanishi ukazují, že „2 ', 4'-BNANCmodifikované oligonukleotidy s těmito profily vykazují velký příslib pro aplikace v antisense a antigenových technologiích. “

Makoto Koizumi v roce 2004 přezkoumal vlastnosti BNA se zaměřením na ENA jako antisense a antigenní oligonukleotidy (AON) a navrhl mechanismus účinku pro tyto sloučeniny, který může zahrnovat zastavení translace, degradaci mRNA zprostředkovanou RNázou H a zastavení sestřihu.

Navrhovaný mechanismus působení AON

Yamamoto a kol. v roce 2012[9] prokázali, že antisense terapeutika na bázi BNA inhibovala jaterní expresi PCSK9, což vedlo k silnému snížení hladin LDL-C v séru myší. Zjištění podpořila hypotézu, že PCSK9 je potenciálním terapeutickým cílem pro hypercholesterolemii a vědci dokázali prokázat, že antisense oligonukleotidy (AON) na bázi BNA vyvolaly u hypercholesterolemických myší účinek snižující hladinu cholesterolu. Bylo pozorováno mírné zvýšení hladin aspartátaminotransferázy, ALT a dusíku močoviny v krvi, zatímco histopatologická analýza neodhalila žádné závažné jaterní toxicity. Stejná skupina také v roce 2012 uvedla, že 2 ', 4'-BNANC[NMe] analog při použití v antisense oligonukleotidech vykazoval významně silnější inhibiční aktivity, což je výraznější u kratších (13 až 16mer) oligonukleotidů. Jejich data vedla vědce k závěru, že 2 ', 4'-BNANC[NMe] analog může být lepší alternativou ke konvenčním LNA.

Výhody technologie BNA

Některé z výhod BNA zahrnují ideální pro detekci krátkých cílů RNA a DNA; zvýšit tepelnou stabilitu duplexů; schopný diskriminace jednoho nukleotidu; zvyšuje tepelnou stabilitu triplexů; odolnost vůči exo- a endonukleázám vedoucí k vysoké stabilitě pro in vivo a in vitro aplikace; zvýšená specifičnost cíle; usnadnit normalizaci Tm; invaze vlákna umožňuje detekci „těžko přístupných“ vzorků; kompatibilní se standardními enzymatickými procesy.[Citace je zapotřebí ]

Aplikace technologie BNA

Aplikace BNA zahrnuje malý výzkum RNA; návrh a syntéza aptamerů RNA; siRNA; antisense sondy; diagnostika; izolace; analýza microarray; Northern blot; real-time PCR; in situ hybridizace; funkční analýza; Detekce a použití SNP jako antigeny a mnoho dalších aplikací nukleotidové báze.[Citace je zapotřebí ]

Reference

  1. ^ Saenger, W. (1984) Principy struktury nukleových kyselin, Springer-Verlag, New York, ISBN  3-540-90761-0.
  2. ^ A b Obika, S .; Nanbu, D .; Hari, Y .; Morio, K. I .; In, Y .; Ishida, T .; Imanishi, T. (1997). "Syntéza 2'-O, 4'-C-methylenuridinu a -cytidinu. Nové bicyklické nukleosidy mající fixní C3, -endo cukry." Čtyřstěn dopisy. 38 (50): 8735. doi:10.1016 / S0040-4039 (97) 10322-7.
  3. ^ Obika, S .; Onoda, M .; Andoh, K .; Imanishi, J .; Morita, M .; Koizumi, T. (2001). "3'-amino-2 ', 4'-BNA: Nové přemostěné nukleové kyseliny, které mají N3' -> P5 'fosforamidátovou vazbu". Chemická komunikace (Cambridge, Anglie) (19): 1992–1993. doi:10.1039 / b105640a. PMID  12240255.
  4. ^ Obika, Satoshi; Hari, Yoshiyuki; Sekiguchi, Mitsuaki; Imanishi, Takeshi (2001). „2 ', 4'-můstková nukleová kyselina obsahující 2-pyridon jako nukleobázu: Efektivní rozpoznání přerušení C⋅G tvorbou triplexu s motivem pyrimidinu". Angewandte Chemie International Edition. 40 (11): 2079. doi:10.1002 / 1521-3773 (20010601) 40:11 <2079 :: AID-ANIE2079> 3.0.CO; 2-Z.
  5. ^ Morita, K .; Hasegawa, C .; Kaneko, M .; Tsutsumi, S .; Sone, J .; Ishikawa, T .; Imanishi, T .; Koizumi, M. (2001). „2'-O, 4'-C-ethylenem přemostěné nukleové kyseliny (ENA) s odolností vůči nukleázám a vysokou afinitou k RNA“. Výzkum nukleových kyselin. Doplněk. 1 (1): 241–242. doi:10.1093 / nass / 1.1.241. PMID  12836354.
  6. ^ Hari, Y .; Obika, S .; Sekiguchi, M .; Imanishi, T. (2003). "Selektivní rozpoznávání CG přerušení 2 ', 4'-BNA mající 1-isochinolon jako nukleobázi při tvorbě pyrimidinový motiv triplex". Čtyřstěn. 59 (27): 5123. doi:10.1016 / S0040-4020 (03) 00728-2.
  7. ^ A b Rahman, S. M. A .; Seki, S .; Obika, S .; Haitani, S .; Miyashita, K .; Imanishi, T. (2007). „Vysoce stabilní tvorba triplexu pyrimidinu a motivu při fyziologických hodnotách pH přemostěným analogem nukleových kyselin“. Angewandte Chemie International Edition. 46 (23): 4306–4309. doi:10.1002 / anie.200604857. PMID  17469090.
  8. ^ Koshkin, A. A .; Singh, S. K .; Nielsen, P .; Rajwanshi, V. K .; Kumar, R .; Meldgaard, M .; Olsen, C.E .; Wengel, J. (1998). „LNA (Locked Nucleic Acids): Syntéza adeninu, cytosinu, guaninu, 5-methylcytosinu, thyminu a uracilu, bicyklonukleosidových monomerů, oligomerizace a bezprecedentní rozpoznávání nukleových kyselin“. Čtyřstěn. 54 (14): 3607. doi:10.1016 / S0040-4020 (98) 00094-5.
  9. ^ Koizumi, M. (2006). "ENA oligonukleotidy jako terapeutika". Aktuální názor na molekulární terapii. 8 (2): 144–149. PMID  16610767.

externí odkazy