Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Триозная нуклеиновая кислота (ТНК) – это искусственный генетический полимер, в котором природный пятиуглеродный рибозный сахар, содержащийся в РНК, заменен на неестественный четырехуглеродный триозный сахар. Изобретенная Альбертом Эшенмозером в рамках его исследований химической природы РНК, ТНК стала важным синтетическим генетическим полимером (XNA) благодаря способности эффективно образовывать комплементарные пары оснований с последовательностями ДНК и РНК. Это делает ТНК, в отличие от ДНК и РНК, полностью устойчивым к расщеплению нуклеазами, что делает его перспективным аналогом нуклеиновой кислоты для терапевтических и диагностических целей. Олигонуклеотиды ТНК впервые были синтезированы автоматизированным твердофазным синтезом с использованием фосфорамидитной химии. Методы химического синтеза мономеров ТНК (фосфорамидитов и нуклеозидтрифосфатов) были значительно оптимизированы для поддержки проектов в области синтетической биологии, направленных на развитие исследований ТНК. Недавно, благодаря инженерной модификации полимераз, были обнаружены ТНК-полимеразы, способные копировать генетическую информацию в обоих направлениях между ДНК и ТНК. Репликация ТНК происходит по механизму, аналогичному репликации РНК. В этих системах ТНК подвергается обратной транскрипции в ДНК, ДНК амплифицируется с помощью полимеразной цепной реакции, а затем транскрибируется обратно в ТНК. Наличие ТНК-полимераз позволило проводить отбор биологически стабильных ТНК-аптамеров in vitro к малым молекулам и белковым мишеням. Эти эксперименты демонстрируют, что свойства наследственности и эволюции не ограничиваются природными генетическими полимерами ДНК и РНК. Высокая биологическая стабильность ТНК по сравнению с другими системами нуклеиновых кислот, способными к дарвиновской эволюции, указывает на то, что ТНК является перспективным кандидатом для разработки терапевтических аптамеров нового поколения. Механизм синтеза ТНК лабораторно эволюционировавшей ТНК-полимеразой был изучен с помощью рентгеновской кристаллографии для определения пяти основных стадий присоединения нуклеотида. Эти структуры демонстрируют неполное распознавание входящего нуклеотидтрифосфата ТНК и подтверждают необходимость дальнейших экспериментов по направленной эволюции для создания ТНК-полимераз с улучшенной активностью. Бинарная структура обратной транскриптазы ТНК также была определена с помощью рентгеновской кристаллографии, что выявило важность структурной пластичности как возможного механизма распознавания матрицы.
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 система
Джон Чапут, профессор кафедры фармацевтических наук Калифорнийского университета в Ирвине, высказал предположение, что проблемы, связанные с пребиотическим синтезом рибозных сахаров и неферментативной репликацией РНК, могут служить косвенным свидетельством существования более ранней генетической системы, которая легче формировалась в условиях первобытной Земли. TNA могла быть ранней генетической системой и предшественником РНК. TNA проще, чем РНК, и может быть синтезирована из одного исходного вещества. TNA способна обмениваться информацией с РНК и с комплементарными ей собственными цепями. Показано, что TNA способна формировать третичные структуры с дискретными свойствами связывания лигандов.
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.