Связанная нуклеиновая кислота

Мостиковая нуклеиновая кислота ( BNA ) представляет собой модифицированный нуклеотид РНК . Иногда их также называют ограниченными или недоступными молекулами РНК . Мономеры BNA могут содержать пятичленную, шестичленную или даже семичленную мостиковую структуру с «фиксированным» сморщиванием C 3 '-эндосахара. [1] Мостик синтетически встраивается в 2', 4'-положение рибозы, чтобы получить 2', 4'-мономер BNA. Мономеры могут быть включены в олигонуклеотидные полимерные структуры с использованием стандартной фосфорамидитной химии. BNA представляют собой структурно жесткие олигонуклеотиды с повышенной связывающей аффинностью и стабильностью.

Химические структуры

Химические структуры мономеров BNA, содержащих мостик в 2', 4'-положении рибозы для получения мономера 2', 4'-BNA, синтезированного группой Такеши Иманиши. [2] [3] [4] [5] [6] [7] Природа мостика может различаться для разных типов мономеров. Трехмерные структуры для A-РНК и B-ДНК использовались в качестве шаблона для проектирования мономеров BNA. Целью проектирования было найти производные, которые обладают высокой аффинностью связывания с комплементарными цепями РНК и/или ДНК.

Трехмерные структуры A-РНК и B-ДНК

thumb Присутствие 2'-гидроксилов в остове РНК благоприятствует структуре, которая напоминает структуру ДНК формы А. Гибкое пятичленное фуранозное кольцо в нуклеотидах существует в равновесии двух предпочтительных конформаций N- (C3'-эндо, A-форма) и S-типа (C2'-эндо, B-форма), как показано на следующем рисунке.

Повышенная конформационная негибкость сахарной части в нуклеозидах (олигонуклеотидах) приводит к увеличению высокой аффинности связывания с комплементарной одноцепочечной РНК и/или двухцепочечной ДНК. Первые мономеры 2',4'-BNA (LNA) были впервые синтезированы группой Такеши Иманиши в 1997 году [2], а затем независимо группой Джеспера Венгеля в 1998 году. [8]

Химические структуры других БНА, синтезированных в последние годы, указаны ниже.

Нуклеотиды BNA могут быть включены в ДНК или РНК олигонуклеотиды в любом желаемом положении. Такие олигомеры синтезируются химически и теперь доступны в продаже. Мостиковая конформация рибозы улучшает укладку оснований и предварительно организует остов олигонуклеотида, значительно увеличивая их гибридизационные свойства.

Включение BNA в олигонуклеотиды позволяет производить модифицированные синтетические олигонуклеотиды с равной или более высокой аффинностью связывания с комплементом ДНК или РНК с превосходной дискриминирующей способностью по отношению к одиночным несовпадениям; более выраженным селективным связыванием РНК; более сильными и более селективными по последовательности триплексообразующими характеристиками; выраженной более высокой устойчивостью к нуклеазе, даже более высокой, чем у аналогов Sp-фосфоротиоата; и хорошей растворимостью в воде полученных олигонуклеотидов по сравнению с обычными олигонуклеотидами ДНК или РНК.

Химические структуры BNA были представлены в 2007 году группой Иманиши. [7] Эти аналоги BNA нового поколения называются 2',4'-BNA NC [NH], 2',4'-BNA NC [NMe] и 2',4'-BNA NC [NBn].

Новые аналоги BNA, представленные группой Иманиши, были разработаны с учетом длины мостиковой части . Шестичленная мостиковая структура с уникальной структурной особенностью (связь NO) в сахарной части была разработана с атомом азота. Этот атом улучшает образование дуплексов и триплексов, снижая отталкивание между отрицательно заряженными фосфатами основной цепи. Эти модификации позволяют контролировать сродство к комплементарным цепям, регулировать устойчивость к деградации нуклеазой и синтез функциональных молекул, разработанных для конкретных применений в геномике. Свойства этих аналогов были исследованы и сравнены со свойствами предыдущих 2',4'-BNA (LNA) модифицированных олигонуклеотидов группой Иманиши. Результаты Иманиши показывают, что «2',4'-BNA NC -модифицированные олигонуклеотиды с этими профилями показывают большие перспективы для применения в антисмысловых и антигенных технологиях».

В 2004 году Макото Коидзуми рассмотрел свойства BNA, сосредоточившись на ENA как антисмысловых и антигенных олигонуклеотидах (AON), и предложил механизм действия этих соединений, который может включать остановку трансляции, деградацию мРНК, опосредованную РНКазой H, и остановку сплайсинга.

Предполагаемый механизм действия АОН

Ямамото и др. в 2012 году [9] продемонстрировали, что антисмысловые терапевтические средства на основе BNA подавляют экспрессию PCSK9 в печени, что приводит к сильному снижению уровня ЛПНП-Х в сыворотке мышей. Результаты подтвердили гипотезу о том, что PCSK9 является потенциальной терапевтической мишенью при гиперхолестеринемии, и исследователи смогли показать, что антисмысловые олигонуклеотиды на основе BNA (AON) вызывают снижение уровня холестерина у мышей с гиперхолестеринемией. Наблюдалось умеренное повышение уровня аспартатаминотрансферазы, АЛТ и азота мочевины крови, тогда как гистопатологический анализ не выявил серьезной гепатотоксичности. Та же группа, также в 2012 году, сообщила, что аналог 2',4'-BNA NC [NMe] при использовании в антисмысловых олигонуклеотидах показал значительно более сильную ингибирующую активность, которая более выражена в более коротких (13-16-мерных) олигонуклеотидах. Полученные данные привели исследователей к выводу, что аналог 2',4'-BNA NC [NMe] может быть лучшей альтернативой обычным LNA.

Преимущества технологии BNA

Некоторые из преимуществ BNA включают в себя: идеальное обнаружение коротких РНК и ДНК-мишеней; повышение термической стабильности дуплексов; способность к различению отдельных нуклеотидов; повышение термической стабильности триплексов; устойчивость к экзо- и эндонуклеазам, что обеспечивает высокую стабильность для приложений in vivo и in vitro ; повышенную специфичность к мишени; облегчение нормализации Tm; внедрение нитей позволяет обнаруживать «труднодоступные» образцы; совместимость со стандартными ферментативными процессами. [ необходима ссылка ]

Применение технологии BNA

Применение BNA включает исследования малых РНК; проектирование и синтез РНК-аптамеров; siRNA; антисмысловые зонды; диагностику; изоляцию; анализ микрочипов; нозерн-блоттинг; ПЦР в реальном времени; гибридизацию in situ ; функциональный анализ; обнаружение однонуклеотидных полиморфизмов и их использование в качестве антигенов и многие другие применения нуклеотидных оснований. [10] [ необходима ссылка ]

Ссылки

  1. ^ Saenger, W. (1984) Принципы структуры нуклеиновых кислот , Springer-Verlag, Нью-Йорк, ISBN  3-540-90761-0 .
  2. ^ аб Обика, С.; Нанбу, Д.; Хари, Ю.; Морио, К.И.; В, Ю.; Исида, Т.; Иманиши, Т. (1997). «Синтез 2'-O,4'-C-метиленуридина и -цитидина. Новые бициклические нуклеозиды, имеющие фиксированное сморщивание C3, -эндо-сахара». Буквы тетраэдра . 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'-амино-2',4'-BNA: Новые мостиковые нуклеиновые кислоты, имеющие фосфорамидатную связь N3'-->P5'". Chemical Communications (19): 1992– 1993. doi : 10.1039/b105640a. PMID  12240255.
  4. ^ Обика, Сатоши; Хари, Ёсиюки; Секигучи, Мицуаки; Иманиши, Такеши (2001). «2′,4′-мостиковая нуклеиновая кислота, содержащая 2-пиридон в качестве нуклеобазы: эффективное распознавание прерывания C⋅G путем образования триплекса с пиримидиновым мотивом». Angewandte Chemie International Edition . 40 (11): 2079. doi :10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2079::AID-ANIE2079>3.0.CO;2-Z.
  5. ^ Морита, К.; Хасегава, К.; Канеко, М.; Цуцуми, С.; Соне, Дж.; Ишикава, Т.; Иманиши, Т.; Коидзуми, М. (2001). «2'-O,4'-C-этиленовые мостиковые нуклеиновые кислоты (ENA) с устойчивостью к нуклеазе и высоким сродством к РНК». Nucleic Acids Research. Приложение . 1 (1): 241– 242. doi : 10.1093/nass/1.1.241 . PMID  12836354.
  6. ^ Hari, Y.; Obika, S.; Sekiguchi, M.; Imanishi, T. (2003). «Избирательное распознавание прерывания CG 2′,4′-BNA, имеющего 1-изохинолон в качестве нуклеиновой основы в триплексном образовании пиримидинового мотива». Tetrahedron . 59 (27): 5123. doi :10.1016/S0040-4020(03)00728-2.
  7. ^ ab Rahman, SMA; Seki, S.; Obika, S.; Haitani, S.; Miyashita, K.; Imanishi, T. (2007). «Формирование высокостабильного триплекса пиримидинового мотива при физиологических значениях pH с помощью мостикового аналога нуклеиновой кислоты». Angewandte Chemie International Edition . 46 (23): 4306– 4309. doi :10.1002/anie.200604857. PMID  17469090.
  8. ^ Кошкин, AA; Сингх, SK; Нильсен, P.; Раджванши, VK; Кумар, R.; Мелдгаард, M.; Олсен, CE; Венгель, J. (1998). "LNA (закрытые нуклеиновые кислоты): синтез мономеров аденина, цитозина, гуанина, 5-метилцитозина, тимина и урацила бициклонуклеозид, олигомеризация и беспрецедентное распознавание нуклеиновых кислот". Tetrahedron . 54 (14): 3607. doi :10.1016/S0040-4020(98)00094-5.
  9. ^ Коидзуми, М. (2006). «Олигонуклеотиды ENA как терапевтические средства». Current Opinion in Molecular Therapeutics . 8 (2): 144–149 . PMID  16610767.
  10. ^ Солер-Бистю, Альфонсо; Соррегьета, Анхелес; Толмаски, Марсело Э. (31 мая 2019 г.). «Перезагрузка мостиковых нуклеиновых кислот». Молекулы . 24 (12): 2297. doi : 10,3390/molecules24122297 . ПМК 6630285 . ПМИД  31234313. 
  • https://web.archive.org/web/20130126055902/http://www.rockefeller.edu/labheads/tuschl/sirna.html
  • http://www.sanger.ac.uk/resources/software/
  • Пфундхеллер, Хенрик М.; Ломхольт, Кристиан (2002). Закрытые нуклеиновые кислоты: синтез и характеристика LNA-T Diol . Том. Глава 4. стр. 4.12.1–4.12.16. doi :10.1002/0471142700.nc0412s08. ISBN 978-0471142706. PMID  18428894. S2CID  19507528. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Мостовая_нуклеиновая_кислота&oldid=1230324874"