Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Химическая структура мономера LNA: дополнительный мостик связывает 2 'кислород и 4' углерод пентозы

Заперта нуклеиновая кислота ( LNA ), также известная как мостиковая нуклеиновая кислота (BNA), [1] и часто упоминаются как недоступный РНК , представляет собой модифицированный РНК - нуклеотид , в которой рибоза фрагмент модифицирован с дополнительным мостом , соединяющим кислородом 2' и 4 'углерод. Мост «фиксирует» рибозу в конформации 3'- эндо (север), которая часто встречается в дуплексах А-формы . 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 [ править ]

Обика и др. были первыми, кто химически синтезировал LNA в 1997 году, [7] независимо, за ними последовала группа Джеспера Венгеля в 1998 году. [8] Это стало возможным после того, как Замекник и Стивенсон заложили основу для возможности того, что олигонуклеотиды могут быть отличными агентами для контроля экспрессии генов в 1978 году. [9] На сегодняшний день было показано, что два разных подхода, называемые линейной и конвергентной стратегиями соответственно, позволяют получить высокопроизводительные и эффективные LNA. Линейная стратегия синтеза впервые была подробно описана в работах Obika et al. [7] В этом подходе уридин (или любой легко доступный нуклеозид РНК) можно использовать в качестве исходного материала. Конвергентная стратегия требует синтеза промежуточного сахара, который служит донором гликозила, необходимым для связывания с азотистыми основаниями . Обычно D-глюкоза используется для получения промежуточного сахара, который впоследствии реагирует 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 синтезируются химическим путем и коммерчески доступны.

LNAzymes (LNA-модифицированные ДНКзимы ) [ править ]

LNAзимы обычно представляют собой эндонуклеазы, которые связываются со специфическими последовательностями-мишенями РНК и расщепляют фосфодиэфирную связь, которая существует между нуклеотидами. [11] Они стали популярным методом для терапевтических и биотехнологических применений из-за их биостойкости по сравнению с биологическими нуклеиновыми кислотами . Обычно называемые LNAzymes, исследователи разработали олигонуклеотиды, модифицированные LNA, и продемонстрировали замечательную гибридизацию с РНК , ssDNA и dsDNA, а также способствуют репарации несовпадений в естественной ДНК. [12] Что касается каталитической активности LNAzymes, более эффективное расщепление фосфодиэфирных связейв субстратах РНК по сравнению с ДНКзимами . [13] Модификация плеч распознавания субстрата ДНКзимов с помощью мономеров LNA дает LNAzyme, который распознает вирус Коксаки А21 (CAV-21) и расщепляет его целевую последовательность РНК , аналогичную последовательности в 5'-нетранслируемой области (5'-UTR) риновируса человека. -14 (ВСР-14); последовательность, не распознаваемая немодифицированными ДНКзимами. [14]

Приложения в терапии и биотехнологии [ править ]

LNA-модифицированные олигонуклеотиды являются многообещающим вариантом в разработке терапевтических средств благодаря их высокой стабильности в биологических средах и предпочтительной гибридизации. Терапевтическое использование олигонуклеотидов на основе LNA - это новая область биотехнологии . [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 создавать более короткие праймеры без ущерба для специфичности связывания. [16] Кроме того, LNA был включен вфлуоресцентная гибридизация in situ (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 включением LNA продемонстрировали повышенную эффективность гибридизации как в ДНК, так и в РНК . Повышенная эффективность FISH с включением LNA привела к успешному FISH-анализу хромосомы человека, нескольких типов нечеловеческих клеток и микроматриц. LNA генотипирование анализы были проведены , а также, в частности , для обнаружения мутации в аполипопротеине . [17]LNA был исследован на предмет его терапевтических свойств при лечении рака и инфекционных заболеваний. Новая антисмысловая молекула фосфоротиоатной заблокированной нуклеиновой кислоты, названная SPC2996, была разработана для нацеливания на мРНК, кодирующую онкопротеин Bcl-2, белок, который ингибирует апоптоз в клетках хронического лимфоцитарного лейкоза (CLL). 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 применялась к Миравирсену , экспериментальному терапевтическому препарату, предназначенному для лечения гепатита С., составляющий 15-нуклеотидную фосфоротиоатную последовательность со специфичностью связывания для MiR-122 ( миРНК, экспрессируемая в гепатоцитах ). [19] [20] Новые применения LNA могут улучшить многие формы ДНК и, по сути, быть добавлены к ферментам или лекарствам в качестве регулирующего механизма. LNA продемонстрировала многообещающий потенциал в генной терапии для регуляции экспрессии генов, но в антисмысловых исследованиях показали смешанные результаты. [15] Из-за его высокого сродства к распознаванию несовпадений LNA был изучен на предмет его применения в диагностических инструментах. Иммобилизованные зонды LNA были успешно внедрены в мультиплексное генотипирование SNP.анализ, это признак того, что в будущем на рынке могут появиться диагностические системы с использованием LNA. [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Elayadi, Анисса N .; Braasch, Dwaine A .; Кори, Дэвид Р. (август 2002 г.). «Влияние гибридизации с высоким сродством с помощью олигомеров заблокированной нуклеиновой кислоты для ингибирования теломеразы человека †» . Биохимия . 41 (31): 9973–9981. DOI : 10.1021 / bi025907j . ISSN  0006-2960 .
  2. ^ Kurreck, J. (2002-05-01). «Дизайн антисмысловых олигонуклеотидов, стабилизированных заблокированными нуклеиновыми кислотами» . Исследования нуклеиновых кислот . 30 (9): 1911–1918. DOI : 10.1093 / NAR / 30.9.1911 . PMC 113840 . PMID 11972327 .  
  3. ^ Frieden, M. (2003-11-01). «Расширяя горизонты дизайна антисмысловых олигонуклеотидов с альфа-L-LNA» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (21): 6365–6372. DOI : 10.1093 / NAR / gkg820 . ISSN 1362-4962 . PMC 275462 . PMID 14576324 .   
  4. ^ Frieden, Мириам; Хансен, Хенрик Ф .; Koch, Troels (октябрь 2003 г.). «Нуклеазная стабильность LNA-олигонуклеотидов и LNA-ДНК химер» . Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты . 22 (5–8): 1041–1043. DOI : 10.1081 / НЦА-120022731 . ISSN 1525-7770 . 
  5. ^ Морита, К .; Hasegawa, C .; Канеко, М .; Tsutsumi, S .; Sone, J .; Ishikawa, T .; Иманиши, Т .; Коидзуми, М. (2001-11-01). «2'-O, 4'-C-этиленовые мостиковые нуклеиновые кислоты (ENA) с устойчивостью к нуклеазам и высоким сродством к РНК» . Серия симпозиумов по нуклеиновым кислотам . 1 (1): 241–242. DOI : 10.1093 / насса / 1.1.241 . ISSN 0261-3166 . 
  6. ^ Veedu, Ракеш; Венгель, Джеспер (2011). Лечебная химия нуклеиновых кислот . John Wiley & Sons, Inc., стр. 335–337. ISBN 0470596686.
  7. ^ a b 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. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (97) 10322-7 . ISSN 0040-4039 . 
  8. ^ a b c Орум, Мириам Фриден и Хенрик (31 марта 2008 г.). «Закрытая нуклеиновая кислота является перспективной в лечении рака» . Текущий фармацевтический дизайн . DOI : 10,2174 / 138161208784246234 . Проверено 6 октября 2020 .
  9. ^ Замечник, ПК; Стивенсон, ML (1978-01-01). «Ингибирование репликации вируса саркомы Рауса и трансформации клеток специфическим олигодезоксинуклеотидом» . Труды Национальной академии наук . 75 (1): 280–284. DOI : 10.1073 / pnas.75.1.280 . ISSN 0027-8424 . PMC 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. DOI : 10.1021 / jo010732p . ISSN 0022-3263 . 
  11. ^ Выключатель, RR; Джойс, Г. Ф. (декабрь 1994 г.). «Фермент ДНК, расщепляющий РНК» . Химия и биология . 1 (4): 223–229. DOI : 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. DOI : 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. DOI : 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. DOI : 10.1016 / j.jmb.2004.03.064 .
  15. ^ a b c Петерсен М., Венгель Дж. (февраль 2003 г.). «LNA: универсальный инструмент для терапии и геномики». Тенденции в биотехнологии . 21 (2): 74–81. DOI : 10.1016 / S0167-7799 (02) 00038-0 . PMID 12573856 . 
  16. ^ Bonetta L (2005). «Лучшее время для ПЦР в реальном времени». Nat. Методы . 2 (4): 305–312. DOI : 10.1038 / nmeth0405-305 .
  17. ^ а б Кубота, Кенго; Охаши, Акиёси; Имачи, Хироюки; Харада, Хидеки (август 2006 г.). «Повышенная эффективность гибридизации in situ с использованием ДНК-зондов с заблокированной нуклеиновой кислотой» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (8): 5311–5317. DOI : 10,1128 / AEM.03039-05 . ISSN 0099-2240 . PMC 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 лейкозных клеток и активацию иммунной системы при хроническом лимфолейкозе» . Лейкоз . 25 (4): 638–647. DOI : 10.1038 / leu.2010.322 . ISSN 1476-5551 . 
  19. ^ Геберт, Лука FR; Ребхан, Марио А.Э .; Crivelli, Silvia EM; Дензлер, Реми; Стоффель, Маркус; Холл, Джонатан (01.01.2014). «Миравирсен (SPC3649) может ингибировать биогенез miR-122» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (1): 609–621. DOI : 10.1093 / NAR / gkt852 . ISSN 0305-1048 . PMC 3874169 . PMID 24068553 .   
  20. ^ Bonneau, E .; Neveu, B .; Константин, Э .; Цонгалис, ГДж; 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 . PMC 6599191 . PMID 31263388 .