Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
PNA en.svg

Пептидная нуклеиновая кислота ( ПНК ) - это искусственно синтезированный полимер, подобный ДНК или РНК . [1]

В последние годы олигомеры синтетических пептидных нуклеиновых кислот использовались в процедурах молекулярной биологии, диагностических анализах и антисмысловой терапии . [2] Из-за их более высокой силы связывания нет необходимости конструировать длинные олигомеры ПНК для использования в этих ролях, для чего обычно требуются олигонуклеотидные зонды из 20-25 оснований. Основная проблема длины ПНК-олигомеров - гарантировать специфичность. Олигомеры ПНК также проявляют большую специфичность в связывании с комплементарными ДНК, при этом несоответствие оснований ПНК / ДНК является более дестабилизирующим, чем подобное несоответствие в дуплексе ДНК / ДНК. Эта сила связывания и специфичность также применимы к дуплексам ПНК / РНК. ПНК нелегко распознать ни нуклеазами, ни протеазами., Что делает их устойчивыми к деградации с помощью ферментов . PNA также стабильны в широком диапазоне pH . Хотя немодифицированная ПНК не может легко пересечь клеточную мембрану и попасть в цитозоль, ковалентное связывание проникающего в клетку пептида с ПНК может улучшить цитозольную доставку. [3]

Не известно, что ПНК встречается в природе, но предполагается, что N- (2-аминоэтил) -глицин (AEG), основа ПНК, является ранней формой генетической молекулы для жизни на Земле и вырабатывается цианобактериями . [4]

PNA был изобретен Питером Э. Нильсен (Univ. Копенгаген), Майкл Egholm (Univ. Копенгаген), Рольф Х. Берг (Risø National Lab), и Оле Buchardt (Univ. Копенгаген) в 1991 году [ править ]

Структура [ править ]

ДНК и РНК имеют остов сахара дезоксирибозы и рибозы , соответственно, тогда как остов ПНК состоит из повторяющихся единиц N- (2-аминоэтил) -глицина, связанных пептидными связями . Различные пуриновые и пиримидиновые основания связаны с основной цепью метиленовым мостиком ( -CH
2-) и карбонильная группа (- (C = O) -). ПНК изображены как пептиды , с N- концом в первом (левом) положении и C- концом в последнем (правом) положении. [5]

Привязка [ править ]

Поскольку основа ПНК не содержит заряженных фосфатных групп, связь между цепями ПНК / ДНК сильнее, чем между цепями ДНК / ДНК из-за отсутствия электростатического отталкивания. К сожалению, это также приводит к тому, что он является довольно гидрофобным, что затрудняет доставку к клеткам организма в растворе без предварительного вымывания из организма. Ранние эксперименты с гомопиримидиновыми цепями (цепями, состоящими только из одного повторяющегося пиримидинового основания) показали, что T m (температура «плавления») двойной спирали ДНК тимина / аденина из 6 оснований составляла 31 ° C по сравнению с эквивалентной 6- дуплекс ДНК / ДНК, который денатурируетпри температуре менее 10 ° С. Молекулы ПНК со смешанными основаниями являются истинными имитаторами молекул ДНК с точки зрения распознавания пар оснований. Связывание ПНК / ПНК сильнее, чем связывание ПНК / ДНК.

Трансляция ПНК из других нуклеиновых кислот [ править ]

Несколько лабораторий сообщили о последовательноспецифической полимеризации пептидных нуклеиновых кислот из матриц ДНК или РНК. [6] [7] [8] Лю и его коллеги использовали эти методы полимеризации для создания функциональных ПНК, способных складываться в трехмерные структуры, подобные белкам, аптамерам и рибозимам . [9]

Доставка [ править ]

В 2015 году Jain et. al. описали транс-действующую амфифатическую систему доставки на основе ДНК для удобной доставки незаряженных нуклеиновых кислот с поли-A-хвостом (UNA), таких как PNAs и morpholinos , так что несколько UNA могут быть легко скринингованы ex vivo . [10] [необходим неосновной источник ]

Гипотеза мира PNA [ править ]

Была выдвинута гипотеза, что самые ранние формы жизни на Земле могли использовать ПНК в качестве генетического материала из-за ее чрезвычайной устойчивости, более простого образования и возможной спонтанной полимеризации при 100 ° C [11] (в то время как вода при стандартном давлении кипит при этой температуре, вода при высоком давлении - как в глубоком океане - закипает при более высоких температурах). Если это так, жизнь эволюционировала в систему, основанную на ДНК / РНК, только на более позднем этапе. [12] [13] Доказательства этой мировой гипотезы PNA, однако, далеко не окончательные. [14]

Приложения [ править ]

Применения включают изменение экспрессии генов - как ингибитор, так и промотор в разных случаях, антиген и антисмысловой терапевтический агент, противораковый агент, противовирусный, антибактериальный и противопаразитарный агент, молекулярные инструменты и зонды биосенсора , обнаружение последовательностей ДНК и нанотехнологии. [15] [16]

ПНК можно использовать для улучшения высокопроизводительного секвенирования гена рибосомной РНК 16S в образцах растений и почвы путем блокирования амплификации контаминантных пластидных и митохондриальных последовательностей. [17]

Клеточный - функциональный антагонизм / ингибирование. В 2001 году Штраус и его коллеги сообщили о разработке приложения для олигомеров ПНК в живых клетках млекопитающих. Область связывания хроматина Xist была впервые выяснена в фибробластических клетках самок мышей и эмбриональных стволовых клетках с использованием молекулярного антагониста PNA. Новый подход ПНК напрямую продемонстрировал функцию днРНК. Длинная некодирующая (днРНК) РНК Xist напрямую связывается с неактивной Х-хромосомой. Эксперименты по функциональному ингибированию ПНК показали, что специфические области повторов РНК Xist ответственны за связывание хроматина и, следовательно, могут считаться областями доменов транскрипта РНК.Молекулярный антагонист ПНК вводили в живые клетки и функционально подавляли ассоциацию Xist с неактивной Х-хромосомой, используя подход для изучения функции некодирующей РНК в живых клетках, называемый картированием интерференции пептидных нуклеиновых кислот (ПНК). В описанных экспериментах одиночная ПНК из 19 пар оснований, проникающая в антисмысловую клетку, нацелена на конкретную область РНК Xist, вызывая нарушение Xi. Ассоциация Xi с макро-гистоном H2A также нарушается картированием интерференции PNA.[18]

См. Также [ править ]

  • Щелкнувший пептидный полимер
  • Гликолевая нуклеиновая кислота
  • Синтез олигонуклеотидов
  • Синтез пептидов
  • Нуклеиновая кислота треозы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Nielsen PE, Egholm M, Berg RH, Buchardt O (декабрь 1991). «Последовательно-селективное распознавание ДНК путем замещения цепи тимин-замещенным полиамидом». Наука . 254 (5037): 1497–500. Bibcode : 1991Sci ... 254.1497N . DOI : 10.1126 / science.1962210 . PMID  1962210 .
  2. ↑ Гупта А., Мишра А., Пури Н. (октябрь 2017 г.). «Пептидные нуклеиновые кислоты: передовые инструменты для биомедицинских приложений» . Журнал биотехнологии . 259 : 148–159. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2017.07.026 . PMC 7114329 . PMID 28764969 .  
  3. ^ Чжао XL, Chen BC, Han JC, Вэй L, Пан XB (ноябрь 2015). «Доставка проникающих в клетку конъюгатов пептид-пептид-нуклеиновая кислота путем сборки на олигонуклеотидном каркасе» . Научные отчеты . 5 : 17640. Bibcode : 2015NatSR ... 517640Z . DOI : 10.1038 / srep17640 . PMC 4661726 . PMID 26612536 .  
  4. ^ Цианобактерии производят N- (2-аминоэтил) глицин, основу для пептидных нуклеиновых кислот, которые, возможно, были первыми генетическими молекулами для жизни на Земле
  5. ^ Egholm М, Buchardt О, Кристенсен л, Бехренс С, Фрайер С.М., водитель Д. А., Берг RH, Ким С.К., Норден В, Нильсен ПЭ (октябрь 1993 г.). «ПНК гибридизуется с комплементарными олигонуклеотидами, подчиняясь правилам образования водородных связей Уотсона-Крика». Природа . 365 (6446): 566–8. Bibcode : 1993Natur.365..566E . DOI : 10.1038 / 365566a0 . PMID 7692304 . 
  6. ^ Брудно Y, Бирнбаум ME, Клейнер RE, Лю DR (февраль 2010). «Система трансляции, отбора и амплификации пептидных нуклеиновых кислот in vitro» . Природа Химическая биология . 6 (2): 148–55. DOI : 10.1038 / nchembio.280 . PMC 2808706 . PMID 20081830 .  
  7. ^ Клейнер RE, Брудно Y, Бирнбаум ME, Лю DR (апрель 2008). "ДНК-шаблонная полимеризация функционализированных боковой цепью пептидных альдегидов нуклеиновых кислот" . Журнал Американского химического общества . 130 (14): 4646–59. DOI : 10.1021 / ja0753997 . PMC 2748799 . PMID 18341334 .  
  8. ^ Ura Y, Beierle JM, Леман LJ, Оргел LE, Гадири MR (июль 2009). «Самособирающиеся последовательности адаптивных пептидных нуклеиновых кислот». Наука . 325 (5936): 73–7. Bibcode : 2009Sci ... 325 ... 73U . DOI : 10.1126 / science.1174577 . PMID 19520909 . 
  9. ^ Брудно Y, Бирнбаум ME, Клейнер RE, Лю DR (февраль 2010). «Система трансляции, отбора и амплификации пептидных нуклеиновых кислот in vitro» . Природа Химическая биология . 6 (2): 148–55. DOI : 10.1038 / nchembio.280 . PMC 2808706 . PMID 20081830 .  
  10. ^ Jain HV, Verthelyi D, Beaucage SL (2015). «Амфипатические транс-действующие фосфоротиоатные элементы ДНК опосредуют доставку незаряженных последовательностей нуклеиновых кислот в клетки млекопитающих» . RSC Advances . 5 (80): 65245–65254. DOI : 10.1039 / C5RA12038A .
  11. ^ Wittung Р, Нильсен РЕ, Buchardt О, Egholm М, Norden Б (апрель 1994 г.). «ДНК-подобная двойная спираль, образованная пептидной нуклеиновой кислотой». Природа . 368 (6471): 561–3. Bibcode : 1994Natur.368..561W . DOI : 10.1038 / 368561a0 . PMID 8139692 . 
  12. Перейти ↑ Nelson KE, Levy M, Miller SL (апрель 2000 г.). «Пептидные нуклеиновые кислоты, а не РНК, возможно, были первой генетической молекулой» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (8): 3868–71. Bibcode : 2000PNAS ... 97.3868N . DOI : 10.1073 / pnas.97.8.3868 . PMC 18108 . PMID 10760258 .  
  13. ↑ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. (Март 2002 г.). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Рутледж. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  14. ↑ Zimmer C (январь 2009 г.). «Эволюционные корни. О происхождении жизни на Земле». Наука . 323 (5911): 198–9. DOI : 10.1126 / science.323.5911.198 . PMID 19131603 . 
  15. ^ Anstaett P, Gasser G (2014). «Пептидные нуклеиновые кислоты - возможность для биотехнологий» (PDF) . Chimia . 68 (4): 264–8. DOI : 10,2533 / chimia.2014.264 . PMID 24983612 .  
  16. ^ D'Souza AD, Белоцерковский BP, Hanawalt PC (февраль 2018). «Новый способ ингибирования транскрипции, опосредованный PNA-индуцированными R-петлями с модельной системой in vitro» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - механизмы регуляции генов . 1861 (2): 158–166. DOI : 10.1016 / j.bbagrm.2017.12.008 . PMC 5820110 . PMID 29357316 .  
  17. ^ Lundberg DS, Yourstone S, Mieczkowski P, Jones CD, Dangl JL (октябрь 2013 г.). «Практические инновации для высокопроизводительного секвенирования ампликонов». Природные методы . 10 (10): 999–1002. DOI : 10.1038 / nmeth.2634 . PMID 23995388 . 
  18. ^ "Белецкий и др. 2001" / Белецкий, Антон; Штраус, Уильям (2001). «Картирование интерференции PNA демонстрирует функциональные домены в некодирующей РНК Xist» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (16): 9215–20. DOI : 10.1073 / pnas.161173098 . PMC 55400 . PMID 11481485 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Nielsen PE (декабрь 2008 г.). «Тройная спираль: создание новой молекулы жизни» . Scientific American . 299 (6): 64–71. DOI : 10.1038 / Scientificamerican1208-64 . PMID  19143446 .
  • Кремер Р., Мохир А. (2012). «Глава 12. Металлокомплексные производные пептидных нуклеиновых кислот (ПНК)». В Sigel A, Helmut Sigel H, Sigel RK (ред.). Взаимодействие между ионами металлов и нуклеиновыми кислотами . Ионы металлов в науках о жизни. 10 . Springer. С. 319–40. DOI : 10.1007 / 978-94-007-2172-2_12 . ISBN 978-94-007-2171-5. PMID  22210345 .
  • Шакил С., Карим С., Али А. (июнь 2006 г.). «Пептидная нуклеиновая кислота (ПНК) - обзор». Журнал химической технологии и биотехнологии: международные исследования процессов, окружающей среды и чистых технологий . 81 (6): 892–9. DOI : 10.1002 / jctb.1505 .
  • Бхадаурия, Виджай (июнь 2017 г.). Секвенирование нового поколения и биоинформатика для растениеводства . Caister Academic Press. DOI : 10.21775 / 9781910190654 . ISBN 978-1-910190-66-1.</ref>
  • Кайхацу К., Яновски Б.А., Кори Д.Р. (июнь 2004 г.). «Распознавание хромосомной ДНК с помощью ПНК» . Химия и биология . 11 (6): 749–58. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2003.09.014 . PMID  15217608 .
  • Ng PS, Bergstrom DE (январь 2005 г.). «Альтернативные аналоги нуклеиновых кислот для программируемой сборки: гибридизация LNA с PNA» . Нано-буквы . 5 (1): 107–11. Bibcode : 2005NanoL ... 5..107N . DOI : 10.1021 / nl048246f . PMID  15792422 .
  • Пауласова П, Пеллестор Ф (2004). «Пептидные нуклеиновые кислоты (ПНК): новое поколение зондов для генетического и цитогенетического анализа». Annales de Génétique . 47 (4): 349–58. DOI : 10.1016 / j.anngen.2004.07.001 . PMID  15581832 .
  • Castelvecchi D (июнь 2004 г.). «Новая игра жизни» . Блог на WordPress.com .
  • Nielsen PE, Egholm M (1999). «Введение в пептидную нуклеиновую кислоту» (PDF) . Curr. Вопросы Мол. Биол . 1 (2): 89–104. PMID  11475704 .