Заблокированная нуклеиновая кислота - Locked nucleic acid

Химическая структура мономера LNA: дополнительный мостик связывает 2 'кислород и 4' углерод пентозы

А заблокированная нуклеиновая кислота (LNA), также известный как мостиковая нуклеиновая кислота (BNA),[1] и часто упоминается как недоступная РНК, является модифицированным РНК нуклеотид в котором фрагмент рибозы модифицирован дополнительным мостиком, соединяющим 2'-кислород и 4'-углерод. Мостик «запирает» рибозу в 3'-эндо (Северная) конформация, которая часто встречается у Форма дуплексы. Эта структура может быть объяснена повышенной устойчивостью к ферментативной деградации;[2][3][4][5] кроме того, структура LNA имеет улучшенную специфичность и сродство в качестве мономера или компонента олигонуклеотида.[6] Нуклеотиды LNA могут быть смешаны с остатками ДНК или РНК в олигонуклеотиде, фактически гибридизуя с ДНК или РНК в соответствии с правилами пар оснований Уотсона-Крика.

Синтез

Обика и др. были первыми, кто в 1997 году химически синтезировал LNA,[7] независимо, за которым последовала группа Джеспера Венгеля в 1998 году.[8] Это стало возможным после того, как Замечник и Стивенсон заложили основу для возможности олигонуклеотиды были отличными агентами для контроля экспрессии генов в 1978 году.[9] До настоящего времени было показано, что два различных подхода, линейная и конвергентная, соответственно, позволяют получать высокопроизводительные и эффективные LNA. Линейная стратегия синтеза впервые была подробно описана в работах Obika et al.[7] В этом подходе уридин (или любой доступной РНК нуклеозид ) можно использовать в качестве исходного материала. Конвергентная стратегия требует синтеза промежуточного сахара, который служит гликозил донор, необходимый для соединения с азотистые основания. Обычно D-глюкоза используется для получения промежуточного сахара, который впоследствии вступает в реакцию с азотистыми основаниями с использованием модифицированной процедуры Форбрюгена, допускающей стереоселективное связывание.[10]

Добавление различных фрагментов остается возможностью при сохранении ключевых физико-химических свойств, таких как высокое сродство и специфичность, очевидные для первоначально синтезированной LNA.[8] Такие олигомеры синтезирован химически и имеются в продаже.

LNAзимы (LNA-модифицированные ДНКзимы )

LNAзимы обычно эндонуклеазы которые связываются со специфическими последовательностями-мишенями РНК и расщепляют фосфодиэфирная связь который существует между нуклеотидами.[11] Они стали популярным методом для терапевтических и биотехнологических применений благодаря своей биостойкости по сравнению с биологическими. нуклеиновые кислоты. Обычно называемые LNAzymes, исследователи разработали LNA-модифицированные олигонуклеотиды и продемонстрировали замечательную гибридизацию с РНК, оцДНК, и дцДНК и способствует восстановлению несоответствия в естественной ДНК.[12] Что касается каталитической активности LNAzymes, более эффективное расщепление фосфодиэфирные связи в РНК-субстратах по сравнению с ДНКзимы.[13] Модификация рычагов распознавания подложки ДНКзимы с LNA мономеры дает LNAzyme, который распознает вирус Коксаки A21 (CAV-21) и расщепляет его РНК целевая последовательность, аналогичная последовательности в 5 'непереведенный регион (5 'UTR) человека риновирус -14 (ВСР-14); последовательность, не распознаваемая немодифицированными ДНКзимами.[14]

Приложения в терапии и биотехнологии

LNA-модифицированные олигонуклеотиды являются многообещающим вариантом в разработке терапевтических средств благодаря их высокой стабильности в биологических средах и предпочтительной гибридизации. Использование LNA на основе олигонуклеотиды терапевтически - это новая область в биотехнология.[15] Различные олигонуклеотиды LNA были оценены на предмет их фармакокинетических профилей и токсичности. Исследования пришли к выводу, что токсичность LNA, как правило, не зависит от олигонуклеотидной последовательности и демонстрирует предпочтительный профиль безопасности для трансляционных терапевтических применений.[8] Аллель-специфическая ПЦР с использованием LNA позволяет конструировать более короткие праймеры без ущерба для специфичности связывания.[16] Кроме того, LNA был включен в флуоресценция на месте гибридизация (FISH).[17] FISH - это распространенный метод, используемый для визуализации генетического материала в различных клетках, однако в предыдущих исследованиях отмечается, что этот метод ограничен низкой эффективностью гибридизации зонда. Напротив, пробы с включенными LNA продемонстрировали повышенную эффективность гибридизации в обоих случаях. ДНК и РНК. Повышенная эффективность FISH с включенной LNA привела к успешному FISH-анализу хромосомы человека, нескольких типов нечеловеческих клеток и микроматриц. Также были проведены анализы генотипирования LNA, специально для обнаружения мутации в аполипопротеин B.[17] LNA был исследован на предмет его терапевтических свойств при лечении рака и инфекционных заболеваний. Новая антисмысловая молекула фосфоротиоата заблокированной нуклеиновой кислоты, названная SPC2996, была разработана для нацеливания на мРНК кодирует онкопротеин Bcl-2, белок, который ингибирует апоптоз в клетках хронического лимфоцитарного лейкоза (ХЛЛ). Клинические испытания фазы I и II продемонстрировали дозозависимое снижение циркулирующих клеток CLL примерно у 30% выборочной совокупности, однако ограничения и стоимость этого исследования требуют дальнейшего исследования SPC2996.[18] LNA также применяется к Миравирсен, экспериментальное терапевтическое средство, предназначенное для лечения Гепатит С, составляющие 15-нуклеотидную фосфоротиоатную последовательность со специфичностью связывания для МиР-122 (а miRNA выражено в гепатоциты ).[19][20] Новые приложения LNA могут улучшить многие формы ДНК и фактически добавляться к ферментам или лекарствам в качестве регулирующего механизма. LNA показала многообещающие генная терапия за его способность регулировать экспрессию генов, но в антисмысловых исследованиях показали смешанные результаты.[15] Из-за его высокого сродства к распознаванию несовпадений LNA был изучен для его применения в диагностических инструментах. Иммобилизованные зонды LNA были успешно внедрены в мультиплексную SNP-генотипирование анализ, это признак того, что в будущем на рынке могут появиться диагностические системы с использованием LNA.[15]

Рекомендации

  1. ^ Elayadi, Anissa N .; Braasch, Dwaine A .; Кори, Дэвид Р. (август 2002 г.). «Влияние гибридизации с высоким сродством с помощью олигомеров заблокированных нуклеиновых кислот для ингибирования теломеразы человека †». Биохимия. 41 (31): 9973–9981. Дои:10.1021 / bi025907j. ISSN  0006-2960.
  2. ^ Куррек, Дж. (2002-05-01). «Дизайн антисмысловых олигонуклеотидов, стабилизированных заблокированными нуклеиновыми кислотами». Исследования нуклеиновых кислот. 30 (9): 1911–1918. Дои:10.1093 / nar / 30.9.1911. ЧВК  113840. PMID  11972327.
  3. ^ Фриден, М. (01.11.2003). «Расширяя горизонты дизайна антисмысловых олигонуклеотидов с альфа-L-LNA». Исследования нуклеиновых кислот. 31 (21): 6365–6372. Дои:10.1093 / нар / gkg820. ISSN  1362-4962. ЧВК  275462. PMID  14576324.
  4. ^ Фриден, Мириам; Хансен, Хенрик Ф .; Кох, Трэлс (октябрь 2003 г.). «Нуклеазная стабильность LNA-олигонуклеотидов и LNA-ДНК химер». Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. 22 (5–8): 1041–1043. Дои:10.1081 / NCN-120022731. ISSN  1525-7770.
  5. ^ Morita, K .; Hasegawa, C .; Канеко, М .; Tsutsumi, S .; Sone, J .; Ishikawa, T .; Иманиши, Т .; Коидзуми, М. (2001-11-01). «2'-O, 4'-C-этилен-мостиковые нуклеиновые кислоты (ENA) с устойчивостью к нуклеазам и высоким сродством к РНК». Серия симпозиумов по нуклеиновым кислотам. 1 (1): 241–242. Дои:10.1093 / nass / 1.1.241. ISSN  0261-3166.
  6. ^ Виду, Ракеш; Венгель, Джеспер (2011). Лечебная химия нуклеиновых кислот. John Wiley & Sons, Inc. С. 335–337. ISBN  0470596686.
  7. ^ а б Обика, Сатоши; Нанбу, Дайшу; Хари, Ёсиюки; Морио, Кен-Ичиро; В, Ясуко; Исида, Тошимаса; Иманиши, Такеши (1997-12-15). «Синтез 2'-O, 4'-C-метиленуридина и -цитидина. Новые бициклические нуклеозиды с фиксированным C3, -эндо-сахарным сморщиванием». Буквы Тетраэдра. 38 (50): 8735–8738. Дои:10.1016 / S0040-4039 (97) 10322-7. ISSN  0040-4039.
  8. ^ а б c Орум, Мириам Фриден и Хенрик (31 марта 2008 г.). «Закрытая нуклеиновая кислота является перспективным средством лечения рака». Текущий фармацевтический дизайн. Дои:10.2174/138161208784246234. Получено 2020-10-06.
  9. ^ Zamecnik, P.C .; Стивенсон, М. Л. (1978-01-01). «Ингибирование репликации вируса саркомы Рауса и трансформации клеток специфическим олигодезоксинуклеотидом». Труды Национальной академии наук. 75 (1): 280–284. Дои:10.1073 / пнас.75.1.280. ISSN  0027-8424. ЧВК  411230. PMID  75545.
  10. ^ Кошкин, Алексей А .; Фенхолдт, Джеф; Pfundheller, Henrik M .; Ломхольт, Кристиан (2001-12-01). «Упрощенный и эффективный путь к 2'-O, 4'-C-метилен-связанным бициклическим рибонуклеозидам (заблокированной нуклеиновой кислоте)». Журнал органической химии. 66 (25): 8504–8512. Дои:10.1021 / jo010732p. ISSN  0022-3263.
  11. ^ Breaker, R. R .; Джойс, Дж. Ф. (декабрь 1994 г.). «Фермент ДНК, расщепляющий РНК». Химия и биология. 1 (4): 223–229. Дои:10.1016/1074-5521(94)90014-0. ISSN  1074-5521. PMID  9383394.
  12. ^ Veedu, Rakesh N .; Вестер, Бирте; Венгель, Джеспер (26 марта 2007 г.). «Ферментативное включение нуклеотидов LNA в цепи ДНК». ChemBioChem. 8 (5): 490–492. Дои:10.1002 / cbic.200600501.
  13. ^ Вестер, Бирте; Лундберг, Ларс Бо; Sørensen, Mads D .; Бабу, Б. Равиндра; Даутвейт, Стивен; Венгель, Джеспер (ноябрь 2002 г.). «LNAzymes: включение мономеров LNA-типа в ДНКзимы заметно увеличивает расщепление РНК». Журнал Американского химического общества. 124 (46): 13682–13683. Дои:10.1021 / ja0276220. ISSN  0002-7863.
  14. ^ Шуберт, Штеффен; Fürste, Jens P; Верк, Дениз; Грюнерт, Ханс-Петер; Zeichhardt, Heinz; Erdmann, Volker A; Куррек, Йенс (май 2004 г.). «Получение целевого доступа для дезоксирибозимов». Журнал молекулярной биологии. 339 (2): 355–363. Дои:10.1016 / j.jmb.2004.03.064.
  15. ^ а б c Петерсен М., Венгель Дж. (Февраль 2003 г.). «LNA: универсальный инструмент для терапии и геномики». Тенденции в биотехнологии. 21 (2): 74–81. Дои:10.1016 / S0167-7799 (02) 00038-0. PMID  12573856.
  16. ^ Бонетта Л. (2005). «Лучшее время для ПЦР в реальном времени». Nat. Методы. 2 (4): 305–312. Дои:10.1038 / nmeth0405-305.
  17. ^ а б Кубота, Кенго; Охаши, Акиёси; Имачи, Хироюки; Харада, Хидеки (август 2006 г.). «Повышение эффективности гибридизации in situ с использованием ДНК-зондов с заблокированной нуклеиновой кислотой». Прикладная и экологическая микробиология. 72 (8): 5311–5317. Дои:10.1128 / AEM.03039-05. ISSN  0099-2240. ЧВК  1538721. PMID  16885281.
  18. ^ Dürig, J .; Dührsen, U .; Klein-Hitpass, L .; Worm, J .; Хансен, Дж. Б. Роде; Ørum, H .; Виссенбах, М. (апрель 2011 г.). «Новый антисмысловой ингибитор Bcl-2 SPC2996 вызывает быстрое очищение лейкемических клеток и иммунную активацию при хроническом лимфолейкозе». Лейкемия. 25 (4): 638–647. Дои:10.1038 / leu.2010.322. ISSN  1476-5551.
  19. ^ Геберт, Лука Ф. Р .; Ребхан, Марио А. Э .; Crivelli, Silvia E.M .; Дензлер, Реми; Стоффель, Маркус; Холл, Джонатан (01.01.2014). «Миравирсен (SPC3649) может ингибировать биогенез miR-122». Исследования нуклеиновых кислот. 42 (1): 609–621. Дои:10.1093 / nar / gkt852. ISSN  0305-1048. ЧВК  3874169. PMID  24068553.
  20. ^ Bonneau, E .; Neveu, B .; Константин, Э .; Tsongalis, G.J .; Де Гир, В. (24.06.2019). «Насколько близки миРНК к клинической практике? Взгляд на диагностический и терапевтический рынок». EJIFCC. 30 (2): 114–127. ISSN  1650-3414. ЧВК  6599191. PMID  31263388.