Un ácido nucleico con puente ( BNA ) es un nucleótido de ARN modificado . A veces también se las denomina moléculas de ARN restringidas o inaccesibles . Los monómeros de BNA pueden contener una estructura de puente de cinco miembros, seis miembros o incluso siete miembros con un fruncido endoscópico de azúcar C 3 ' "fijo" . [1] El puente se incorpora sintéticamente en la posición 2 ', 4' de la ribosa para producir un monómero 2 ', 4'-BNA. Los monómeros se pueden incorporar en estructuras poliméricas de oligonucleótidos usando química de fosfoamidita estándar. Los BNA son oligonucleótidos estructuralmente rígidos con mayor estabilidad y afinidades de unión.
Estructuras químicas
Estructuras químicas de monómeros de BNA que contienen un puente en la posición 2 ', 4' de la ribosa para producir un monómero 2 ', 4'-BNA sintetizado por el grupo de Takeshi Imanishi. [2] [3] [4] [5] [6] [7] La naturaleza del puente puede variar para diferentes tipos de monómeros. Las estructuras 3D para A-RNA y B-DNA se utilizaron como plantilla para el diseño de los monómeros de BNA. El objetivo del diseño era encontrar derivados que posean altas afinidades de unión con cadenas complementarias de ARN y / o ADN.
Una inflexibilidad conformacional aumentada del resto de azúcar en nucleósidos (oligonucleótidos) da como resultado una ganancia de alta afinidad de unión con ARN de cadena sencilla complementario y / o ADN de cadena doble. Los primeros monómeros 2 ', 4'-BNA (LNA) fueron sintetizados por primera vez por el grupo de Takeshi Imanishi en 1997 [2] seguido de forma independiente por el grupo de Jesper Wengel en 1998. [8]
Los nucleótidos de BNA pueden incorporarse en oligonucleótidos de ADN o ARN en cualquier posición deseada. Dichos oligómeros se sintetizan químicamente y ahora están disponibles comercialmente. La conformación de ribosa con puente mejora el apilamiento de bases y preorganiza la columna vertebral del oligonucleótido aumentando significativamente sus propiedades de hibridación.
La incorporación de BNA en oligonucleótidos permite la producción de oligonucleótidos sintéticos modificados con afinidad de unión igual o superior contra un complemento de ADN o ARN con un excelente poder de discriminación de un solo emparejamiento erróneo; mejor unión selectiva de ARN; caracteres formadores de triplex selectivos de secuencia más fuertes; resistencia a nucleasa pronunciada más alta, incluso más alta que los análogos de Sp-fosforotioato; y buena solubilidad en agua de los oligonucleótidos resultantes en comparación con oligonucleótidos de ADN o ARN regulares.
Los nuevos análogos de BNA introducidos por el grupo de Imanishi se diseñaron teniendo en cuenta la longitud del resto puenteado . Se diseñó una estructura de puente de seis miembros con una característica estructural única (enlace NO) en la fracción de azúcar para tener un átomo de nitrógeno. Este átomo mejora la formación de dúplex y triplex al reducir la repulsión entre los fosfatos de la cadena principal cargados negativamente. Estas modificaciones permiten controlar la afinidad hacia cadenas complementarias, regular la resistencia a la degradación de nucleasas y la síntesis de moléculas funcionales diseñadas para aplicaciones específicas en genómica. Las propiedades de estos análogos se investigaron y compararon con las de los oligonucleótidos modificados con 2 ', 4'-BNA (LNA) previos por el grupo de Imanishi. Los resultados de Imanishi muestran que "los oligonucleótidos modificados con 2 ', 4'-BNA NC con estos perfiles son muy prometedores para aplicaciones en tecnologías antisentido y antigénicas".
Mecanismo de acción propuesto de los AON
Yamamoto y col. en 2012 [9] demostró que las terapias antisentido basadas en BNA inhibían la expresión de PCSK9 hepática, lo que resultaba en una fuerte reducción de los niveles séricos de LDL-C de ratones. Los hallazgos apoyaron la hipótesis de que PCSK9 es un objetivo terapéutico potencial para la hipercolesterolemia y los investigadores pudieron demostrar que los oligonucleótidos antisentido (AON) basados en BNA inducían una acción reductora del colesterol en ratones hipercolesterolémicos. Se observó un aumento moderado de los niveles de aspartato aminotransferasa, ALT y nitrógeno ureico en sangre, mientras que el análisis histopatológico no reveló toxicidades hepáticas graves. El mismo grupo, también en 2012, informó que el análogo 2 ', 4'-BNA NC [NMe] cuando se usó en oligonucleótidos antisentido mostró actividades inhibidoras significativamente más fuertes que es más pronunciada en oligonucleótidos más cortos (13 a 16 mer). Sus datos llevaron a los investigadores a concluir que el análogo 2 ', 4'-BNA NC [NMe] puede ser una mejor alternativa a los LNA convencionales.
Beneficios de la tecnología BNA
Algunos de los beneficios de los BNA incluyen ideales para la detección de objetivos cortos de ARN y ADN; aumentar la estabilidad térmica de los dúplex; capaz de discriminación de un solo nucleótido; aumenta la estabilidad térmica de los triplex; resistencia a exo y endonucleasas, lo que da como resultado una alta estabilidad para aplicaciones in vivo e in vitro ; mayor especificidad del objetivo; facilitar la normalización de Tm; la invasión de hebras permite la detección de muestras de "difícil acceso"; compatible con los procesos enzimáticos estándar. [ cita requerida ]
Aplicación de la tecnología BNA
La aplicación de BNA incluye la investigación de ARN pequeño; diseño y síntesis de aptámeros de ARN; ARNip; sondas antisentido; diagnósticos; aislamiento; análisis de microarrays; Transferencia del norte; PCR en tiempo real; hibridación in situ; análisis funcional; Detección y uso de SNP como antígenos y muchas otras aplicaciones de bases de nucleótidos. [ cita requerida ]
Referencias
- ^ Saenger, W. (1984) Principios de la estructura del ácido nucleico , Springer-Verlag, Nueva York, ISBN 3-540-90761-0 .
- ^ a b Obika, S .; Nanbu, D .; Hari, Y .; Morio, KI; En, Y .; Ishida, T .; Imanishi, T. (1997). "Síntesis de 2'-O, 4'-C-metilenuridina y -citidina. Nuevos nucleósidos bicíclicos que tienen un C3 fijo, endulzamiento del azúcar". Letras de tetraedro . 38 (50): 8735. doi : 10.1016 / S0040-4039 (97) 10322-7 .
- ^ Obika, S .; Onoda, M .; Andoh, K .; Imanishi, J .; Morita, M .; Koizumi, T. (2001). "3'-amino-2 ', 4'-BNA: Nuevos ácidos nucleicos con puente que tienen un enlace fosforamidato N3' -> P5 '". Chemical Communications (Cambridge, Inglaterra) (19): 1992-1993. doi : 10.1039 / b105640a . PMID 12240255 .
- ^ Obika, Satoshi; Hari, Yoshiyuki; Sekiguchi, Mitsuaki; Imanishi, Takeshi (2001). "Un ácido nucleico con puente 2 ′, 4′ que contiene 2-piridona como nucleobase: reconocimiento eficiente de una interrupción de C byG por formación de triplex con un motivo de pirimidina". Angewandte Chemie International Edition . 40 (11): 2079. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20010601) 40:11 <2079 :: AID-ANIE2079> 3.0.CO; 2-Z .
- ^ Morita, K .; Hasegawa, C .; Kaneko, M .; Tsutsumi, S .; Sone, J .; Ishikawa, T .; Imanishi, T .; Koizumi, M. (2001). "Ácidos nucleicos con puente de etileno (ENA) 2'-O, 4'-C-etileno con resistencia a nucleasas y alta afinidad por el ARN" . Investigación de ácidos nucleicos. Suplemento . 1 (1): 241–242. doi : 10.1093 / nass / 1.1.241 . PMID 12836354 .
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- ^ a b Rahman, SMA; Seki, S .; Obika, S .; Haitani, S .; Miyashita, K .; Imanishi, T. (2007). "Formación de triplex de motivo de pirimidina altamente estable a valores de pH fisiológicos por un análogo de ácido nucleico puenteado". Angewandte Chemie International Edition . 46 (23): 4306–4309. doi : 10.1002 / anie.200604857 . PMID 17469090 .
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- ^ Koizumi, M. (2006). "Oligonucleótidos ENA como terapéuticos". Opinión Actual en Terapéutica Molecular . 8 (2): 144-149. PMID 16610767 .
enlaces externos
- https://web.archive.org/web/20130126055902/http://www.rockefeller.edu/labheads/tuschl/sirna.html
- http://www.sanger.ac.uk/resources/software/
- Pfundheller, Henrik M .; Lomholt, Christian (2002). Protocolos actuales en química de ácidos nucleicos . Protocolos actuales en química de ácidos nucleicos . Capítulo 4. págs. 4.12.1–4.12.16. doi : 10.1002 / 0471142700.nc0412s08 . ISBN 978-0471142706. PMID 18428894 .