El xDNA (también conocido como DNA expandido o DNA benzo-homologado ) es un sistema de nucleótidos de tamaño expandido sintetizado a partir de la fusión de un anillo de benceno y una de las cuatro bases naturales: adenina , guanina , citosina y timina . [1] Esta expansión de tamaño produce un alfabeto de 8 letras que tiene una mayor densidad de información por un factor de 2 n en comparación con el ADN natural (a menudo denominado B-ADN en la literatura) alfabeto de 4 letras. [2] Como con el emparejamiento de bases normal, A se empareja con xT, C se empareja con xG, G se empareja con xC y T se empareja con xA. La doble hélice es por tanto 2,4 Å más ancha que una doble hélice natural. [3] [4] Aunque es similar en estructura al B-DNA, el xDNA tiene propiedades únicas de absorción, fluorescencia y apilamiento. [5] [6] [7]
Inicialmente sintetizada como una sonda enzimática por el grupo de Nelson J. Leonard, la adenina benzo-homologada fue la primera base sintetizada. Más tarde, el grupo de Eric T. Kool terminó de sintetizar las tres bases expandidas restantes , finalmente seguidas por yDNA (ADN "ancho"), otro sistema de nucleótidos benzo-homologado, y xxDNA y yyDNA nafto -homologados . El xDNA es más estable en comparación con el ADN normal cuando se somete a una temperatura más alta, y aunque existen hebras completas de xDNA, yDNA, xxDNA e yyDNA, actualmente son difíciles de sintetizar y mantener. Los experimentos con xDNA proporcionan nuevos conocimientos sobre el comportamiento del B-DNA natural. Las bases extendidas xA, xC, xG y xT son naturalmente fluorescentes, y las hebras simples compuestas únicamente por bases extendidas pueden reconocer y unirse a hebras simples de ADN natural, lo que las convierte en herramientas útiles para estudiar sistemas biológicos. [3] [8] El xDNA se forma más comúnmente con pares de bases entre una nucleobase natural y una expandida , sin embargo, las x-nucleobases también pueden emparejarse. [5] La investigación actual respalda al xDNA como un sistema de codificación genética viable en un futuro próximo. [4]
El primer nucleótido que se expandió fue la purina adenina . Nelson J. Leonard y sus colegas sintetizaron este nucleótido x original, que se denominó "adenina expandida". La xA se utilizó como sonda en la investigación de sitios activos de enzimas dependientes de ATP , más específicamente qué modificaciones podría tomar el sustrato sin dejar de ser funcional. [8] [9] Casi dos décadas después, las otras tres bases fueron expandidas con éxito y luego integradas en una doble hélice por Eric T. Kooly colegas. Su objetivo era crear un sistema genético sintético que imita y supera las funciones del sistema genético natural, [10] y ampliar las aplicaciones del ADN tanto en células vivas como en bioquímica experimental . Una vez que se creó el conjunto base expandido, el objetivo cambió a identificar o desarrollar enzimas de replicación fieles y optimizar aún más el alfabeto de ADN expandido. [8]
En las purinas benzo-homologadas (xA y xG), el anillo de benceno se une a la base nitrogenada a través de enlaces nitrógeno-carbono (NC). Las pirimidinas benzo-homologadas se forman a través de enlaces carbono-carbono (CC) entre la base y el benceno. [3] Hasta ahora, se han agregado x-nucleobases a cadenas de ADN utilizando derivados de fosforamidita , ya que las polimerasas tradicionales no han tenido éxito en la síntesis de cadenas de xDNA. Los nucleótidos X son malos candidatos como sustratos para las B-ADN polimerasas, ya que su tamaño interfiere con la unión en el dominio catalítico . Intentos de utilizar plantillas independienteslas enzimas han tenido éxito ya que tienen una restricción geométrica reducida para los sustratos. La desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT) se ha utilizado previamente para sintetizar cadenas de bases que se han unido a fluoróforos . Usando TdT , se pueden combinar hasta 30 monómeros para formar una doble hélice de xDNA; sin embargo, este xDNA oligomérico parece inhibir su propia extensión más allá de esta longitud debido al abrumador enlace de hidrógeno. Para minimizar la inhibición, el xDNA se puede hibridar en una hélice regular. [7] [11]