Замкнутая нуклеиновая кислота

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая Arevis95 (обсуждение | вклад) в 13:10, 26 сентября 2022 (Создано переводом страницы «Locked nucleic acid»). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
(разн.) ← Предыдущая версия | Текущая версия (разн.) | Следующая версия → (разн.)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Отпатрулированная версия этой страницы, проверенная 26 сентября 2022, была основана на этой версии.
Химическая структура мономера LNA: дополнительный мостик связывает 2'-кислород и 4'-углерод пентозы.

Замкнутая нуклеиновая кислота (англ. locked nucleic acid, LNA), также известная как мостиковая нуклеиновая кислота (BNA)[1] и часто называемая недоступной РНК, представляет собой модифицированный нуклеотид РНК, в котором фрагмент рибозы модифицирован дополнительным мостиком, соединяющим 2'-кислородную группу. и 4' углерод. Мостик «запирает» рибозу в 3'- эндо (северной) конформации, которая часто встречается в дуплексах А-формы. Эта структура обеспечивает повышенную устойчивость к ферментативному расщеплению[2][3][4][5]. LNA также предлагает повышенную специфичность и аффинность при спаривании оснований в качестве мономера или компонента олигонуклеотида[6]. Нуклеотиды LNA могут быть смешаны с остатками ДНК или РНК в олигонуклеотиде.

Синтез

Обика и др. были первыми, кто химически синтезировал LNA в 1997 году[7], а в 1998 году независимо друг от друга последовала группа Джеспера Венгеля[8]. Это стало возможным после того, как Замечник и Стивенсон в 1978 году заложили основу для возможности того, что олигонуклеотиды могут быть отличными агентами для контроля экспрессии генов[9]. На сегодняшний день было показано, что два разных подхода, называемые соответственно линейной и конвергентной стратегиями, обеспечивают высокую производительность и эффективность LNA. Линейная стратегия синтеза была впервые подробно описана в работах Обика и др.[7] В этом подходе в качестве исходного материала можно использовать уридин (или любой доступный нуклеозид РНК). 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, позволяющей стереоселективное связывание[10].

Добавление различных фрагментов остается возможным при сохранении ключевых физико-химических свойств, таких как высокое сродство и специфичность, очевидные в первоначально синтезированном LNA[8]. Такие олигомеры синтезируются химическим путем и коммерчески доступны.

Включение в ДНК/РНК

LNA может быть включен в ДНК и РНК с помощью неразборчивости определенных ДНК- и РНК-полимераз. ДНК-полимераза Phusion, коммерчески разработанный фермент, основанный на ДНК-полимеразе Pfu, эффективно включает LNA в ДНК[11].

Характеристики

LNA обеспечивает повышенную биостабильность по сравнению с биологическими нуклеиновыми кислотами. Олигонуклеотиды, модифицированные LNA, продемонстрировали улучшенную термодинамику при гибридизации с РНК, одноцепочечной ДНК и двуцепочечной ДНК[11].

Применение

LNAзимы

ДНКзимы могут быть модифицированы для включения остатков LNA с образованием LNAзимов (LNA-модифицированных ДНКзимов). Эти модифицированные олигонуклеотиды, как и их родственные ДНКзимы, обычно представляют собой эндонуклеазы, которые связываются со специфическими целевыми последовательностями РНК и расщепляют фосфодиэфирную связь, существующую между нуклеотидами[12]. Однако они демонстрируют более эффективное расщепление фосфодиэфирных связей по сравнению с их немодифицированными аналогами[13]. Модификация плеч распознавания субстрата ДНКзимов мономерами LNA дает LNAзим, который распознает вирус Коксаки A21 (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].

Терапия

Терапевтическое использование олигонуклеотидов на основе LNA является новой областью биотехнологии[15]. Различные олигонуклеотиды LNA были оценены на предмет их фармакокинетических профилей и профилей токсичности. Исследования пришли к выводу, что токсичность LNA обычно не зависит от последовательности олигонуклеотидов и демонстрирует предпочтительный профиль безопасности для переводимых терапевтических применений[8].

LNA был исследован на предмет его терапевтических свойств при лечении рака и инфекционных заболеваний. Заблокированная антисмысловая молекула фосфоротиоата нуклеиновой кислоты, названная SPC2996, была разработана для нацеливания на мРНК, кодирующую онкобелок Bcl-2, белок, который ингибирует апоптоз в клетках хронического лимфоцитарного лейкоза (ХЛЛ). Клинические испытания фазы I и II продемонстрировали дозозависимое снижение циркулирующих клеток ХЛЛ примерно у 30% выборки, что предполагает дальнейшее изучение SPC2996[16].

LNA также был применен к Miravirsen, экспериментальному терапевтическому средству, предназначенному для лечения гепатита C, представляющему собой 15-нуклеотидную фосфоротиоатную последовательность со специфичностью связывания с MiR-122 ( миРНК, экспрессируемая в гепатоцитах )[17][18].

Обнаружение и диагностика

Аллель-специфическая ПЦР с использованием LNA позволяет создавать более короткие праймеры без ущерба для специфичности связывания[19].

LNA был включен в флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH)[20]. FISH - это распространенный метод, используемый для визуализации генетического материала в различных клетках, но исследования показали, что этот метод был ограничен низкой эффективностью гибридизации зондов. Наоборот, зонды с включением LNA продемонстрировали повышенную эффективность гибридизации как в ДНК, так и в РНК . Улучшенная эффективность FISH с включением LNA привела к FISH-анализу хромосом человека, нескольких типов нечеловеческих клеток и микрочипов[20].

Также были проведены анализы генотипирования LNA, специально для обнаружения мутации в аполипопротеине B[20].

Из-за его высокой способности к различению несоответствий LNA был изучен на предмет его применения в диагностических инструментах. Иммобилизованные зонды LNA были введены в мультиплексный анализ генотипирования SNP[15].

Редактирование генов

LNA-модифицированные ssODN (синтетические одноцепочечные олигонуклеотиды ДНК) можно использовать, как и обычные ssODN, для редактирования генов с одним основанием. Использование LNA в предполагаемом месте модификации или рядом с ним позволяет избежать репарации несоответствия ДНК из-за более высокой термодинамической стабильности, которой он обладает[21].

Использованная литература

  1. ↑ Elayadi, Anissa N. (August 2002). "Implications of High-Affinity Hybridization by Locked Nucleic Acid Oligomers for Inhibition of Human Telomerase †". Biochemistry (англ.). 41 (31): 9973–9981. doi:10.1021/bi025907j. ISSN 0006-2960. PMID 12146961.
  2. ↑ Kurreck, J. (1 мая 2002). "Design of antisense oligonucleotides stabilized by locked nucleic acids". Nucleic Acids Research. 30 (9): 1911–1918. doi:10.1093/nar/30.9.1911. PMID 11972327.
  3. ↑ Frieden, M. (1 ноября 2003). "Expanding the design horizon of antisense oligonucleotides with alpha-L-LNA". Nucleic Acids Research (англ.). 31 (21): 6365–6372. doi:10.1093/nar/gkg820. ISSN 1362-4962. PMID 14576324.
  4. ↑ Frieden, Miriam (October 2003). "Nuclease Stability of LNA Oligonucleotides and LNA-DNA Chimeras". Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids (англ.). 22 (5–8): 1041–1043. doi:10.1081/NCN-120022731. ISSN 1525-7770. PMID 14565339.
  5. ↑ Morita, K. (1 ноября 2001). "2'-O, 4'-C-Ethylene-bridged nucleic acids (ENA) with nuclease-resistance and high affnity for RNA". Nucleic Acids Symposium Series (англ.). 1 (1): 241–242. doi:10.1093/nass/1.1.241. ISSN 0261-3166. PMID 12836354.
  6. ↑ Ошибка: не задан параметр |заглавие= в шаблоне {{публикация}}. — С. 335–337. — ISBN 978-0470596685.
  7. ↑ 1 2 Obika, Satoshi (15 декабря 1997). "Synthesis of 2′-O,4′-C-methyleneuridine and -cytidine. Novel bicyclic nucleosides having a fixed C3, -endo sugar puckering". Tetrahedron Letters (англ.). 38 (50): 8735–8738. doi:10.1016/S0040-4039(97)10322-7. ISSN 0040-4039.
  8. ↑ 1 2 3 Orum, Miriam Frieden and Henrik (31 марта 2008). "Locked Nucleic Acid Holds Promise in the Treatment of Cancer". Current Pharmaceutical Design (англ.). 14 (11): 1138–1142. doi:10.2174/138161208784246234. PMID 18473860. Дата обращения: 6 октября 2020. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>: название «:3» определено несколько раз для различного содержимого
  9. ↑ Zamecnik, P. C. (1 января 1978). "Inhibition of Rous sarcoma virus replication and cell transformation by a specific oligodeoxynucleotide". Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 75 (1): 280–284. Bibcode:1978PNAS...75..280Z. doi:10.1073/pnas.75.1.280. ISSN 0027-8424. PMID 75545.
  10. ↑ Koshkin, Alexei A. (1 декабря 2001). "A Simplified and Efficient Route to 2'-O, 4'-C-Methylene-Linked Bicyclic Ribonucleosides (Locked Nucleic Acid)". The Journal of Organic Chemistry. 66 (25): 8504–8512. doi:10.1021/jo010732p. ISSN 0022-3263. PMID 11735531.
  11. ↑ 1 2 Veedu, Rakesh N. (26 марта 2007). "Enzymatic Incorporation of LNA Nucleotides into DNA Strands". ChemBioChem (англ.). 8 (5): 490–492. doi:10.1002/cbic.200600501. PMID 17315250. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>: название «Veedu» определено несколько раз для различного содержимого
  12. ↑ Breaker, R. R. (December 1994). "A DNA enzyme that cleaves RNA". Chemistry & Biology. 1 (4): 223–229. doi:10.1016/1074-5521(94)90014-0. ISSN 1074-5521. PMID 9383394.
  13. ↑ Vester, Birte (November 2002). "LNAzymes: Incorporation of LNA-Type Monomers into DNAzymes Markedly Increases RNA Cleavage". Journal of the American Chemical Society (англ.). 124 (46): 13682–13683. doi:10.1021/ja0276220. ISSN 0002-7863. PMID 12431091.
  14. ↑ Schubert, Steffen (May 2004). "Gaining Target Access for Deoxyribozymes". Journal of Molecular Biology (англ.). 339 (2): 355–363. doi:10.1016/j.jmb.2004.03.064. PMID 15136038.
  15. ↑ 1 2 "LNA: a versatile tool for therapeutics and genomics". Trends in Biotechnology. 21 (2): 74–81. February 2003. doi:10.1016/S0167-7799(02)00038-0. PMID 12573856. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>: название «:2» определено несколько раз для различного содержимого
  16. ↑ Dürig, J. (April 2011). "The novel antisense Bcl-2 inhibitor SPC2996 causes rapid leukemic cell clearance and immune activation in chronic lymphocytic leukemia". Leukemia (англ.). 25 (4): 638–647. doi:10.1038/leu.2010.322. ISSN 1476-5551. PMID 21358717.
  17. ↑ Gebert, Luca F. R. (1 января 2014). "Miravirsen (SPC3649) can inhibit the biogenesis of miR-122". Nucleic Acids Research. 42 (1): 609–621. doi:10.1093/nar/gkt852. ISSN 0305-1048. PMID 24068553.
  18. ↑ Bonneau, E. (24 июня 2019). "How close are miRNAs from clinical practice? A perspective on the diagnostic and therapeutic market". EJIFCC. 30 (2): 114–127. ISSN 1650-3414. PMID 31263388.
  19. ↑ Bonetta L (2005). "Prime time for real-time PCR". Nat. Methods. 2 (4): 305–312. doi:10.1038/nmeth0405-305.
  20. ↑ 1 2 3 Kubota, Kengo (August 2006). "Improved in situ hybridization efficiency with locked-nucleic-acid-incorporated DNA probes". Applied and Environmental Microbiology. 72 (8): 5311–5317. doi:10.1128/AEM.03039-05. ISSN 0099-2240. PMID 16885281. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>: название «:0» определено несколько раз для различного содержимого
  21. ↑ van Ravesteyn, TW (12 апреля 2016). "LNA modification of single-stranded DNA oligonucleotides allows subtle gene modification in mismatch-repair-proficient cells". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (15): 4122–7. doi:10.1073/pnas.1513315113. PMID 26951689.
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Замкнутая_нуклеиновая_кислота&oldid=125711090