Войти
Пептидная нуклеиновая кислота (PNA ) является искусственно синтезированной полимер, аналогичный ДНК или РНК.
Синтетические пептидные нуклеиновые кислоты олигомеры были использованы в последние годы в процедурах молекулярной биологии, диагностических анализах и антисмысловые терапии. Из-за их более высокой силы связывания нет необходимости конструировать длинные олигомеры ПНК для использования в этих ролях, которые обычно требуют олигонуклеотидных зондов 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 распознаются 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.
ПНК не встречается в природе, но (AEG), основа PNA, была выдвинута гипотеза как ранняя форма генетической молекулы для жизни на Земле и продуцируется цианобактериями.
PNA была изобретена (Univ. Copenhagen), Michael Egholm (Univ. Копенгаген), Рольф Х. Берг (Национальная лаборатория Рисо) и Оле Бухардт (Университет Копенгагена) в 1991 г.
ДНК и РНК имеют дезоксирибоза и рибоза сахарный остов, соответственно, тогда как остов ПНК состоит из повторяющихся звеньев, связанных пептидными связями. Различные основания пуринов и пиримидин связаны с основной цепью посредством метиленового мостика (-CH. 2-) и карбонила группа (- (C = O) -). ПНК изображены как пептиды с концом N в первом (левом) положении и концом C в последнем (правом) положении. 29>
Поскольку основная цепь ПНК не содержит заряженных фосфатных групп, связывание между цепями ПНК / ДНК сильнее, чем между цепями ДНК / ДНК из-за отсутствия электростатического отталкивание. 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 ДНК тимина / аденина с 6 основаниями температура спирали была 31 ° C по сравнению с эквивалентным дуплексом ДНК / ДНК из 6 оснований, который денатурирует при температуре менее 10 ° C. Молекулы ПНК со смешанными основаниями являются истинными имитаторами молекул ДНК с точки зрения распознавания пар оснований. Связывание ПНК / ПНК сильнее, чем связывание ПНК / ДНК.
Несколько лабораторий сообщили о последовательноспецифической полимеризации пептидных нуклеиновых кислот из матриц ДНК или РНК. Лю и его коллеги использовали эти методы полимеризации для создания функциональных ПНК, способных складываться в трехмерные структуры, подобные белкам, аптамеру и рибозимам.
в 2015 г., Jain et. al. описали транс-действующую амфифатическую систему доставки на основе ДНК для удобной доставки поли-A-хвостатых незаряженных нуклеиновых кислот (UNA), таких как PNAs и morpholinos, так что несколько UNA могут быть легко скринированы ex vivo.
Была выдвинута гипотеза, что самые ранние формы жизни на Земле, возможно, использовали PNA в качестве генетического материала из-за его чрезвычайной устойчивости и более простого образования и возможная самопроизвольная полимеризация при 100 ° C (в то время как вода при стандартном давлении кипит при этой температуре, вода при высоком давлении - как в глубоком океане - кипит при более высоких температурах). Если это так, то жизнь эволюционировала в систему на основе ДНК / РНК только на более позднем этапе. Однако доказательства этой гипотезы о мире PNA далеко не окончательные.
Применения включают изменение экспрессии генов - как в качестве ингибитора, так и в качестве промотора в различных случаях, антигенного и антисмыслового терапевтического агента, противоопухолевого средства. агент, противовирусное, антибактериальное и противопаразитарное средство, молекулярные инструменты и зонды биосенсора, обнаружение последовательностей ДНК и нанотехнологии.
ПНК могут использоваться для улучшения высокопроизводительного секвенирования гена рибосомной РНК 16S образцов растений и почвы путем блокирования амплификации загрязняющих пластидных и митохондриальных последовательностей.
Клетка - 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 домена 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 макрогистоном H2A также нарушается картированием интерференции PNA.
