Кіріспе

Биологиялық молекула

Пептидтік нуклеин қышқылы (ПНҚ) – ДНК немесе РНК-ға ұқсас, жасанды түрде синтезделген полимер. Синтетикалық пептидтік нуклеин қышқылының олигомерлері соңғы жылдары молекулалық биология процедураларында, диагностикалық талдауларда және антисенс терапиясында қолданылып келеді. Олардың жоғары байланысу күшіне байланысты, бұл мақсаттар үшін ұзын ПНҚ олигомерлерін жобалау қажет емес, ал әдетте 20-25 негіздік олигонуклеотидтік зондтар қажет болады. ПНҚ олигомерлерінің ұзындығының басты мақсаты – ерекшелікті қамтамасыз ету. ПНҚ олигомерлері толықтырылатын ДНК-ға байланысуда да жоғары ерекшелік көрсетеді, ПНҚ/ДНК негіздерінің үйлеспеуі ДНК/ДНК дуплексіндегі ұқсас үйлеспеуге қарағанда одан бетер тұрақсыздықты тудырады. Бұл байланысу күші мен ерекшелік ПНҚ/РНК дуплекстеріне де қатысты. ПНҚ-ны нуклеазалар мен протеазалар оңай тани алмайды, сондықтан ферменттердің ыдырауына төзімді. ПНҚ-лар кең pH диапазонында да тұрақты. Өзгертілмеген ПНҚ клеткалық мембранадан цитозолға оңай өтпейді, бірақ клеткаға енетін пептидті ПНҚ-ға коваленттік байланыстыру цитозолдық жеткізілуді жақсарта алады. ПНҚ табиғатта кездеспейді, бірақ ПНҚ-ның негізгі құрылымын құрайтын N (2-аминоэтил) глицин (AEG) Жердегі тіршілік үшін генетикалық молекуланың ерте түрі деп саналады және цианобактериялармен өндіріледі, сондай-ақ нейротоксин болып табылады. ПНҚ 1991 жылы Питер Э. Нильсен (Копенгаген университеті), Майкл Эгхолм (Копенгаген университеті), Рольф Х. Берг (Рисо ұлттық зертханасы) және Оле Бухардт (Копенгаген университеті) тарапынан ойлап табылды.

Міндетті

PNA-ның негізгі құрамында зарядталған фосфат топтары болмағандықтан, PNA/ДНК жіптері арасындағы байланыс электростатикалық итергішудің болмауына байланысты ДНҚ/ДНҚ жіптері арасындағы байланысқа қарағанда мықтырақ болады. Алайда, бұл оның сусыздану қасиетіне (гидрофобты болуына) әкеледі, нәтижесінде оны ерітіндіде дене жасушаларына жеткізу қиынға түседі, себебі ол денеден бірден шығып кетуі мүмкін. Гомопиримидинді жіптермен (тек бір қайталама пиримидиндік негізден тұратын жіптер) жүргізілген алғашқы тәжірибелер 6 негізді тимин PNA/аденин ДНК қос спиралінің Tm ("балу" температурасы) 31 °C-қа тең екенін көрсетті, ал эквивалентті 6 негізді ДНК/ДНК дуплексі 10 °C-тан төмен температурада денатурацияланады. Аралас PNA молекулалары негіздік жұптарды тану тұрғысынан ДНК молекулаларының нақты имитациясы болып табылады. PNA/PNA байланысы PNA/ДНК байланысына қарағанда күштірек.

Басқа нуклеин қышқылдарынан PNA аудармасы

Бірнеше зертханалар ДНК немесе РНК матрицаларынан пептидтік нуклеин қышқылының тізбекке қатысты полимерленуі туралы мәлімдеді. Лиу және оның әріптестері осы полимерлену әдістерін пайдаланып, ақуыздар, аптамерлер және рибозимдер сияқты үш өлшемді құрылымдарға жиналу қабілеті бар функционалды ПНА-ларды дамытты.

PNA әлем гипотезасы

Жердегі ең алғашқы өмір PNA-ны генетикалық материал ретінде пайдаланған болуы мүмкін деген гипотеза бар, оның себебі – оның жоғары төзімділігі, қарапайым түзілуі және 100°C температурада спонтанды полимерлену мүмкіндігі (стандартты қысымда су осы температурада қайнаса, терең мұхит сияқты жоғары қысымда су жоғары температурада қайнайды). Егер осылай болса, өмір ДНК/РНК негізіндегі жүйеге кейінірек дамыған. Дегенмен, бұл PNA әлемі гипотезасын нақтылайтын дәлелдер әлі де толыққанды емес. Егер ол болған болса, онда ол кеңінен қабылданған РНК әлемінен бұрын болған болуы керек.

Қолданбалар

Қолданылуларына ген экспрессиясын әртүрлі жағдайларда тежегіш және күшейткіш ретінде өзгерту, антиген және антисенс терапиялық агент, қатерлі ісікке қарсы агент, вирусқа қарсы, антибактериялық және антипаразиттік агент, биосенсордың молекулалық құралдары мен зондтары, ДНК тізбектерін анықтау және нанотехнология жатады. ПНА-ны өсімдіктер мен топырақ үлгілерінің жоғары өнімді 16S рибосомалық РНК гендерінің тізбесін жақсарту үшін пайдалануға болады, бұл ластаушы пластидтер мен митохондриялық тізбектердің күшеюін тоқтату арқылы жүзеге асырылады. Ұяшықтық – Функционалдық антагонизм/тежеу. 2001 жылы Штраус және әріптестері тірі сүтқоректі жасушаларында PNA олигомерлерін қолдану жобасын ұсынды. Xist хроматиніне байланысатын аймақ алғаш рет мысықтардың фибробластикалық жасушаларында және эмбриондық сақтаушы жасушаларда PNA молекулалық антагонистін қолдану арқылы анықталды. Жаңа PNA тәсілі lncRNA-ның қызметін тікелей көрсетті. Ұзын кодталмаған (lncRNA) РНК, Xist тікелей белсенді емес X хромосомасына байланысады. Функционалдық PNA тежеу эксперименттері Xist РНК-ның қайталама аймақтары хроматинге байланысуға жауапты екенін көрсетті, сондықтан оларды РНК транскриптінің домендік аймақтары деп санауға болады. PNA молекулалық антагонисті тірі жасушаларға енгізіліп, тірі жасушаларда кодтамайтын РНК функциясын зерттеу әдісі арқылы Xist-тің белсенді емес X хромосомасымен байланысын функционалдық тұрғыдан тежеді, бұл әдіс пептидтік нуклеин қышқылының (PNA) интерференциялық картасы деп аталады. Жүргізілген эксперименттерде Xist РНК-ның нақты бір аймағына бағытталған 19 жұп негіздік антисенс жасушаға енетін PNA, Xi-нің бұзылуына әкелді. PNA интерференциялық картасы арқылы Xi-нің макрогистон H2A-мен байланысы да бұзылады.