트레오스핵산

Threose nucleic acid

Threose nuclear acid (TNA)는 RNA에서 발견되는 천연 5탄소 리보오스 당이 부자연스러운 4탄소 트레오스 [1]당으로 대체된 인공 유전 고분자이다.Albert Eschenmoser에 [2]의해 RNA의 화학적 병인을 탐구하기 위한 탐구의 일환으로 발명된 TNA는 DNA와 [1]RNA의 상보적인 염기서열로 효율적으로 쌍을 이루는 능력 때문에 중요한 합성 유전 폴리머가 되었다.그러나 DNA 및 RNA와 달리 TNA는 핵산 분해효소 소화에 완전히 내화되므로 치료 [3]및 진단 용도로 유망한 핵산 유사체이다.

TNA 올리고뉴클레오티드는 포스포라미다이트 화학을 이용한 자동화된 고체상 합성에 의해 처음 구성되었다.화학적으로 합성된 TNA 단량체(인산화아미다이트 및 뉴클레오사이드 트리포스페이트)의 방법은 TNA 연구의 [4]진보를 목표로 하는 합성 생물학 프로젝트를 지원하기 위해 크게 최적화되었다.보다 최근에, 중합효소 공학적 노력은 DNA와 [5][6]TNA 사이에서 유전 정보를 앞뒤로 복사할 수 있는 TNA 중합효소를 확인했습니다.TNA 복제는 RNA 복제를 모방하는 과정을 통해 발생합니다.이러한 시스템에서 TNA는 DNA로 역전사되고, DNA는 중합효소 연쇄 반응에 의해 증폭된 후 TNA로 역전사된다.

TNA 중합효소의 가용성은 작은 분자 [7][8][9]및 단백질 표적 모두에 대해 생물학적으로 안정적인 TNA 압타머의 시험관내 선택을 가능하게 했다.이러한 실험은 유전과 진화의 특성이 DNA와 [10]RNA의 자연적인 유전 중합체에만 국한되지 않는다는 것을 보여준다.다윈의 진화를 겪을 수 있는 다른 핵산 시스템에 비해 TNA의 높은 생물학적 안정성은 TNA가 차세대 치료용 압타머의 개발에 강력한 후보임을 시사한다.

실험실 진화된 TNA 중합효소에 의한 TNA 합성 메커니즘은 뉴클레오티드 첨가의 [11]5가지 주요 단계를 포착하기 위해 X선 결정학을 사용하여 연구되었다.이러한 구조는 유입되는 TNA 뉴클레오티드 삼인산에 대한 불완전한 인식을 보여주고 개선된 활성을 가진 TNA 중합효소를 만들기 위한 추가적인 유도 진화 실험의 필요성을 뒷받침한다.TNA 역전사효소의 2진 구조도 X선 결정학에 의해 해결되어 템플릿 [12]인식을 위한 가능한 메커니즘으로서의 구조적 가소성의 중요성을 드러냈다.

프리 DNA 시스템

어바인 캘리포니아 대학의 약학과의 교수인 John Chaput은 리보오스당의 생전 합성과 RNA의 비효소적 복제에 관한 문제들이 원시 지구 조건에서 더 쉽게 생성된 초기 유전자 시스템의 상황을 보여주는 증거를 제공할 수 있다고 이론을 세웠다.TNA는 초기 유전자 시스템이자 [13]RNA의 전구체일 수 있습니다. TNA는 RNA보다 단순하고 단일 시작 물질에서 합성될 수 있습니다.TNA는 RNA 및 RNA에 상보적인 그 자체의 가닥과 정보를 주고받을 수 있다. TNA는 이산 리간드 결합 [7]특성을 가진 3차 구조로 접히는 것으로 나타났다.

상용 어플리케이션

TNA 연구는 아직 걸음마 단계에 있지만, 실용적인 적용은 이미 명백하다.핵산가수분해효소 저항성과 함께 다윈 진화 과정을 거치는 그것의 능력은 TNA를 높은 생물학적 안정성을 필요로 하는 진단 및 치료 응용 프로그램의 개발에 유망한 후보자로 만듭니다.여기에는 특정 작은 분자와 단백질 표적에 결합할 수 있는 TNA 압타머의 진화뿐만 아니라 화학 반응을 촉매할 수 있는 TNA 효소(트레오자임)의 개발도 포함된다.또한 TNA는 유전자 사일런싱 기술을 포함하는 RNA 치료제의 유망한 후보입니다.예를 들어, TNA는 안티센스 [14]기술에 대한 모델 시스템에서 평가되었습니다.

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레퍼런스

  1. ^ a b Schöning, K. U. 등핵산 구조의 화학 병인: a-threofuranosyl-(3'-->2') 올리고뉴클레오티드계.사이언스 290, 1347-1351, (2000)
  2. ^ 에셴모서, A.핵산 구조의 화학적 병인.과학 284, 2118-2124, (1999)
  3. ^ 컬버트슨, M.C. 등시뮬레이션된 생리 조건 하에서 TNA 안정성 평가.바이오오그 메드, 케미컬 26, 2418-2421, (2016)
  4. ^ Sau, S. P., Fahmi, N. E., Liao, J.-Y., Bala, S. & Chaput, J. C.α-L-트레오오스 핵산 단량체의 스케일러블 합성.J. Org. 제81, 2302-2307, (2016년)
  5. ^ 라슨, A.C. 등액체 미세유체학으로 중합효소 기능을 확장하는 일반적인 전략.Nat. Communic. 7, 11235 (2016)
  6. ^ Nikoomanzar, A., Vallejo, D. & Chaput, J. C.마이크로유체 기반 심층변형주사에 의한 중합효소 특이성 결정요인 설명ACS 동기 Biol. 8, 1421-1429, (2019)
  7. ^ a b Yu, H., Zhang, S. & Chaput, J. C. Darwinian의 대체 유전자 시스템 진화는 RNA 전구체로서의 TNA를 지원합니다.Nat. Chem. 4, 183-187, (2012)
  8. ^ 메이, H. 등7-Deaza-7-치환된 구아노신 잔기를 가진 Threose 핵산 압타머의 합성 및 진화.J. Am. Chem. Soc. 140, 5706-5713, (2018)
  9. ^ Rangel, A. E., Chen, Z., Ayle, T. M. & Heemstra, J. M. 소분자 인식이 가능한 XNA 압타머의 체외 선택.핵산 규정 46, 8057-8068, (2018)
  10. ^ 핀헤이로, V.B. 등유전과 진화가 가능한 합성 유전자 중합체.과학 336, 341-344, (2012)
  11. ^ Chim, N., Si, C., Sau, S. P., Nikoomanzar, A. & Chaput, J. C. 엔지니어링된 TNA 중합효소에 의한 TNA 합성을 위한 구조적 기초.NAT. Communic. 8, 1810, (2017)
  12. ^ 잭슨, L. N. 침, 시, C. & 차풋, J. C.XNA 역전사효소로서 기능하는 자연 DNA 중합효소의 결정구조.핵산 내성, (2019).
  13. ^ 오르골, L.E. 단순한 핵산.과학 290, 1306-1307, (2000).
  14. ^ Liu, L. S. et al. 알파-l-트레오오스 핵산은 살아있는 세포의 유전자 발현 억제를 위한 생체적합성 안티센스 올리고뉴클레오티드이다.ACS Appl Mater Interfaces 10, 9736-9743, (2018)

추가 정보

  • Orgel L (November 2000). "Origin of life. A simpler nucleic acid". Science. 290 (5495): 1306–7. doi:10.1126/science.290.5495.1306. PMID 11185405. S2CID 83662769.
  • Ichida, 저스틴 K;주, Keyong, Horhota, 앨런, Yu는 뱌오.;맥러플린, LarryW.;쇼스택, 잭 W.(2005년)."한에서 체외의 TNA에".미국 화학 회지.127(9):2802–2803. doi:10.1021/ja045364w.PMC 5072288.PMID 15740086.이 작품 와트, 그레고리(2005년 2월):에 묘사하고 있다."디스플레이에 수정 핵산".자연 화학 생물학.42012년 9월에 원래에서 Archived.2006년 4월 21일 Retrieved.
  • Schöning K, Scholz P, Guntha S, Wu X, Krishnamurthy R, Eschenmoser A (November 2000). "Chemical etiology of nucleic acid structure: the alpha-threofuranosyl-(3'-->2') oligonucleotide system". Science. 290 (5495): 1347–51. Bibcode:2000Sci...290.1347S. doi:10.1126/science.290.5495.1347. PMID 11082060.

외부 링크