ТНА: Жаңа буынды генетикалық полимер және оның қолданылуы
Threose nucleic acid
ТНА – жаңа синтетикалық генетикалық полимер, ДНК мен РНК-ға ұқсас, бірақ нуклеазаларға төзімді. Әртүрлі зерттеулерде, соның ішінде терапияда қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Триоза нуклеин қышқылы (ТНҚ) – РНК-да табиғи түрде кездесетін бес көміртекті рибоза қантының орнына, табиғи емес төрт көміртекті триоза қантымен алмастырылған жасанды генетикалық полимер. Альберт Эшенмозердің РНК-ның химиялық этиологиясын зерттеу мақсатымен ашқан ТНА, ДНК және РНК-ның толықтыратын тізбектерімен тиімді жұптасу қабілетінің арқасында маңызды синтетикалық генетикалық полимерге (ХНП) айналды. ТНА, ДНК және РНК-дан өзгеше, нуклеазамен ыдырауға төзімді, сондықтан терапиялық және диагностикалық қолдану үшін перспективті нуклеин қышқылының аналогы болып табылады. ТНА олигонуклеотидтері алғаш рет фосфорамидит химиясын қолдана отырып, автоматтандырылған қатты фазалық синтез арқылы жасалды. Химиялық жолмен синтезделген ТНА мономерлері (фосфорамидиттер және нуклеозидтік трифосфаттар) ТНА зерттеулерін дамытуға бағытталған синтетикалық биология жобаларын қолдау үшін кеңінен жақсартылды. Соңғы кезде полимеразалық инженерияның күш-жігері ДНК мен ТНА арасында генетикалық ақпаратты екі бағытта көшіре алатын ТНА полимеразаларын анықтады. ТНА репликациясы РНК репликациясын имитациялайтын процесс арқылы жүзеге асады. Бұл жүйелерде ТНА кері транскрипцияланады, ДНК полимераза тізбектік реакция арқылы күшейтіледі, содан кейін ТНА-ға қайта транскрипцияланады. ТНА полимеразаларының болуы, шағын молекулалар мен ақуыздарға арналған биологиялық тұрақты ТНА аптамерлерін in vitro жағдайында іріктеуге мүмкіндік берді. Мұндай тәжірибелер, мұрагерлік және эволюция қасиеттері ДНК мен РНК-ның табиғи генетикалық полимерлерімен ғана шектелмейтінін көрсетеді. Дарвиндік эволюцияға ұшырауға қабілетті басқа нуклеин қышқылдары жүйелерімен салыстырғанда ТНА-ның жоғары биологиялық тұрақтылығы, оның келесі буынның терапиялық аптамерлерін әзірлеуге үміткер екенін көрсетеді. Лабораторияда дамыған ТНА полимеразасы арқылы ТНА синтезінің механизмі, нуклеотидтердің қосылуының бес негізгі кезеңін анықтау үшін рентгендік кристаллографияны пайдалану арқылы зерттелді. Бұл құрылымдар кіріп келетін ТНА нуклеотид трифосфатын толыққанды тани алмайтынын көрсетеді және жақсартылған белсенділікке ие ТНА полимеразаларын жасау үшін қосымша бағытталған эволюциялық тәжірибелердің қажеттілігін растайды. ТНА кері транскриптазасының бинарлық құрылымы да рентгендік кристаллография арқылы шешілді, бұл үлгіні танудың ықтимал механизмі ретінде құрылымдық икемділіктің маңыздылығын ашты.
Threose nucleic acid (TNA) is an artificial genetic polymer in which the natural five carbon ribose sugar found in RNA has been replaced by an unnatural four carbon threose sugar. Invented by Albert Eschenmoser as part of his quest to explore the chemical etiology of RNA, TNA has become an important synthetic genetic polymer (XNA) due to its ability to efficiently base pair with complementary sequences of DNA and RNA. makes TNA, unlike DNA and RNA, completely refractory to nuclease digestion, making it a promising nucleic acid analog for therapeutic and diagnostic applications. TNA oligonucleotides were first constructed by automated solid phase synthesis using phosphoramidite chemistry. Methods for chemically synthesized TNA monomers (phosphoramidites and nucleoside triphosphates) have been heavily optimized to support synthetic biology projects aimed at advancing TNA research. More recently, polymerase engineering efforts have identified TNA polymerases that can copy genetic information back and forth between DNA and TNA. TNA replication occurs through a process that mimics RNA replication. In these systems, TNA is reverse transcribed into DNA, the DNA is amplified by the polymerase chain reaction, and then forward transcribed back into TNA. The availability of TNA polymerases have enabled the in vitro selection of biologically stable TNA aptamers to both small molecule and protein targets. Such experiments demonstrate that the properties of heredity and evolution are not limited to the natural genetic polymers of DNA and RNA. The high biological stability of TNA relative to other nucleic acid systems that are capable of undergoing Darwinian evolution, suggests that TNA is a strong candidate for the development of next generation therapeutic aptamers. The mechanism of TNA synthesis by a laboratory evolved TNA polymerase has been studied using X ray crystallography to capture the five major steps of nucleotide addition. These structures demonstrate imperfect recognition of the incoming TNA nucleotide triphosphate and support the need for further directed evolution experiments to create TNA polymerases with improved activity. The binary structure of a TNA reverse transcriptase has also been solved by X ray crystallography, revealing the importance of structural plasticity as a possible mechanism for template recognition.
Пре-ДНК жүйесі
Джон Чапут, Калифорния университетінің Ирвин қаласындағы Фармацевтикалық ғылымдар кафедрасының профессоры, рибоза қанттарының пребиотикалық синтезі және РНК-ның ферментсіз көбейтілуіне қатысты мәселелер алғашқы Жер жағдайында оңай өндірілетін ертерек генетикалық жүйенің болғанын дәлелдейтін жағдайлық айғақтарды ұсынуы мүмкін деп теориялады. ТНА ертерек генетикалық жүйе және РНК-ның алдындағы сатысы болуы мүмкін. ТНА, РНК-дан қарапайым және оны бір бастапқы материалдан синтездеуге болады. ТНА РНК-мен және РНК-қа толықтыратын өзінің тізбектерімен ақпаратты екі бағытта алмаса алады. ТНА дискретті лиганд байланыстыру қасиеттері бар үшіншілік құрылымдарға жиырылатыны көрсетілді.
John Chaput, a professor in the department of Pharmaceutical Sciences at the University of California, Irvine, has theorized that issues concerning the prebiotic synthesis of ribose sugars and the non enzymatic replication of RNA may provide circumstantial evidence of an earlier genetic system more readily produced under primitive earth conditions. TNA could have been an early genetic system and a precursor to RNA. TNA is simpler than RNA and can be synthesized from a single starting material. TNA is able to transfer back and forth information with RNA and with strands of itself that are complementary to the RNA. TNA has been shown to fold into tertiary structures with discrete ligand binding properties.