stringtranslate.com

ácido nucleico peptídico

El ácido nucleico peptídico ( PNA ) es un polímero sintetizado artificialmente similar al ADN o al ARN . [1]

Los oligómeros de ácidos nucleicos peptídicos sintéticos se han utilizado en los últimos años en procedimientos de biología molecular, ensayos de diagnóstico y terapias antisentido . [2] Debido a su mayor fuerza de unión, no es necesario diseñar oligómeros de PNA largos para su uso en estas funciones, que generalmente requieren sondas de oligonucleótidos de 20 a 25 bases. La principal preocupación en cuanto a la longitud de los oligómeros de PNA es garantizar la especificidad. Los oligómeros de PNA también muestran una mayor especificidad en la unión a ADN complementarios, siendo un desajuste de bases de PNA/ADN más desestabilizador que un desajuste similar en un dúplex de ADN/ADN. Esta fuerza de unión y especificidad también se aplican a los dúplex de PNA/ARN. Los PNA no son fácilmente reconocidos ni por las nucleasas ni por las proteasas , lo que los hace resistentes a la degradación por enzimas . Los PNA también son estables en un amplio rango de pH . Aunque un PNA no modificado no puede cruzar fácilmente la membrana celular para ingresar al citosol, el acoplamiento covalente de un péptido que penetra en las células a un PNA puede mejorar la entrega citosólica. [3]

No se sabe que el PNA se produzca de forma natural, pero se ha planteado la hipótesis de que la N-(2-aminoetil)-glicina (AEG), la columna vertebral del PNA, es una forma temprana de molécula genética para la vida en la Tierra y es producida por cianobacterias y es una neurotoxina. . [4]

La PNA fue inventada por Peter E. Nielsen (Univ. Copenhague), Michael Egholm (Univ. Copenhague), Rolf H. Berg (Laboratorio Nacional Risø) y Ole Buchardt (Univ. Copenhague) en 1991. [1 ]

Estructura

El ADN y el ARN tienen una columna vertebral de azúcar desoxirribosa y ribosa , respectivamente, mientras que la columna vertebral del PNA está compuesta por unidades repetidas de N-(2-aminoetil)-glicina unidas por enlaces peptídicos . Las diversas bases purínicas y pirimidínicas están unidas al esqueleto mediante un puente de metileno ( -CH
2-) y un grupo carbonilo (-(C=O)-). Los PNA se representan como péptidos , con el extremo N en la primera posición (izquierda) y el extremo C en la última posición (derecha). [5]

Vinculante

Since the backbone of PNA contains no charged phosphate groups, the binding between PNA/DNA strands is stronger than between DNA/DNA strands due to the lack of electrostatic repulsion. Unfortunately, this also causes it to be rather hydrophobic, which makes it difficult to deliver to body cells in solution without being flushed out of the body first. Early experiments with homopyrimidine strands (strands consisting of only one repeated pyrimidine base) have shown that the Tm ("melting" temperature) of a 6-base thymine PNA/adenine DNA double helix was 31 °C in comparison to an equivalent 6-base DNA/DNA duplex that denatures at a temperature less than 10 °C. Mixed base PNA molecules are true mimics of DNA molecules in terms of base-pair recognition. PNA/PNA binding is stronger than PNA/DNA binding.

PNA translation from other nucleic acids

Several labs have reported sequence-specific polymerization of peptide nucleic acids from DNA or RNA templates.[6][7][8] Liu and coworkers used these polymerization methods to evolve functional PNAs with the ability to fold into three-dimensional structures, similar to proteins, aptamers and ribozymes.[6]

Delivery

In 2015, Jain et al. described a trans-acting DNA-based amphiphatic delivery system for convenient delivery of poly A tailed uncharged nucleic acids (UNA) such as PNAs and morpholinos, so that several UNA's can be easily screened ex vivo.[9][non-primary source needed]

PNA world hypothesis

It has been hypothesized that the earliest life on Earth may have used PNA as a genetic material due to its extreme robustness, simpler formation, and possible spontaneous polymerization at 100 °C[10] (while water at standard pressure boils at this temperature, water at high pressure—as in deep ocean—boils at higher temperatures). If this is so, life evolved to a DNA/RNA-based system only at a later stage.[11][12] Evidence for this PNA world hypothesis is, however, far from conclusive.[13] If it existed though, it must have preceded the widely accepted RNA world.

Applications

Applications include alteration of gene expression - both as inhibitor and promoter in different cases, antigene and antisense therapeutic agent, anticancer agent, antiviral, antibacterial and antiparasitic agent, molecular tools and probes of biosensor, detection of DNA sequences, and nanotechnology.[14][15]

Los PNA se pueden utilizar para mejorar la secuenciación del gen de ARN ribosomal 16S de alto rendimiento de muestras de plantas y suelo bloqueando la amplificación de secuencias mitocondriales y de plástidos contaminantes. [dieciséis]

Celular – Antagonismo/Inhibición Funcional. En 2001, Strauss y sus colegas informaron sobre el diseño de una aplicación para oligómeros de PNA en células vivas de mamíferos. La región de unión a la cromatina Xist se dilucida por primera vez en células fibroblásticas de ratón hembra y en células madre embrionarias mediante el uso de un antagonista molecular de PNA. El nuevo enfoque de PNA demostró directamente la función de un lncRNA. Xist, el ARN largo no codificante (lncRNA), se une directamente al cromosoma X inactivo. Los experimentos de inhibición funcional de PNA revelaron que regiones repetidas específicas del ARN Xist eran responsables de la unión a la cromatina y, por lo tanto, podrían considerarse regiones de dominio de la transcripción de ARN. El antagonista molecular de PNA se administró a células vivas e inhibió funcionalmente la asociación de Xist con el cromosoma X inactivo utilizando el enfoque para estudiar la función del ARN no codificante en células vivas llamado mapeo de interferencia de ácido peptídico nucleico (PNA). En los experimentos informados, un solo PNA antisentido de 19 pb que penetraba en las células dirigido contra una región particular del ARN Xist causó la interrupción del Xi. La asociación de Xi con la macrohistona H2A también se ve perturbada por el mapeo de interferencia de PNA. [17]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Nielsen PE, Egholm M, Berg RH, Buchardt O (diciembre de 1991). "Reconocimiento selectivo de secuencia de ADN mediante desplazamiento de hebra con una poliamida sustituida con timina". Ciencia . 254 (5037): 1497–500. Código bibliográfico : 1991 Ciencia... 254.1497N. doi :10.1126/ciencia.1962210. PMID  1962210.
  2. ^ Gupta A, Mishra A, Puri N (octubre de 2017). "Ácidos peptídicos nucleicos: herramientas avanzadas para aplicaciones biomédicas". Revista de Biotecnología . 259 : 148-159. doi :10.1016/j.jbiotec.2017.07.026. PMC 7114329 . PMID  28764969. 
  3. ^ Zhao XL, Chen BC, Han JC, Wei L, Pan XB (noviembre de 2015). "Entrega de conjugados de ácido nucleico péptido-péptido que penetran en las células mediante ensamblaje en una estructura de oligonucleótidos". Informes científicos . 5 : 17640. Código Bib : 2015NatSR...517640Z. doi :10.1038/srep17640. PMC 4661726 . PMID  26612536. 
  4. ^ Banack SA, Metcalf JS, Jiang L, Craighead D, Ilag LL, Cox PA (7 de noviembre de 2012). "Las cianobacterias producen N- (2-aminoetil) glicina, una columna vertebral de los ácidos nucleicos peptídicos que pueden haber sido las primeras moléculas genéticas para la vida en la Tierra". MÁS UNO . 7 (11): e49043. doi : 10.1371/journal.pone.0049043 . PMC 3492184 . PMID  23145061. 
  5. ^ Egholm M, Buchardt O, Christensen L, Behrens C, Freier SM, Driver DA, Berg RH, Kim SK, Norden B, Nielsen PE (octubre de 1993). "El PNA se hibrida con oligonucleótidos complementarios obedeciendo las reglas de los enlaces de hidrógeno de Watson-Crick". Naturaleza . 365 (6446): 566–8. Código Bib :1993Natur.365..566E. doi :10.1038/365566a0. PMID  7692304. S2CID  4318153.
  6. ^ ab Brudno Y, Birnbaum ME, Kleiner RE, Liu DR (febrero de 2010). "Un sistema de traducción, selección y amplificación in vitro de ácidos peptídicos nucleicos". Biología Química de la Naturaleza . 6 (2): 148–55. doi :10.1038/nchembio.280. PMC 2808706 . PMID  20081830. 
  7. ^ Kleiner RE, Brudno Y, Birnbaum ME, Liu DR (abril de 2008). "Pomerización con plantilla de ADN de aldehídos de ácidos nucleicos peptídicos funcionalizados con cadenas laterales". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 130 (14): 4646–59. doi :10.1021/ja0753997. PMC 2748799 . PMID  18341334. 
  8. ^ Ura Y, Beierle JM, Leman LJ, Orgel LE, Ghadiri MR (julio de 2009). "Ácidos nucleicos peptídicos adaptativos de secuencia autoensamblable". Ciencia . 325 (5936): 73–7. Código Bib : 2009 Ciencia... 325... 73U. doi : 10.1126/ciencia.1174577. PMID  19520909. S2CID  13327028.
  9. ^ Jain HV, Verthelyi D, Beaucage SL (2015). "Los elementos de ADN de fosforotioato anfipático de acción trans median la entrega de secuencias de ácidos nucleicos sin carga en células de mamíferos". Avances de RSC . 5 (80): 65245–65254. Código Bib : 2015RSCAD...565245J. doi : 10.1039/C5RA12038A .
  10. ^ Wittung P, Nielsen PE, Buchardt O, Egholm M, Nordén B (abril de 1994). "Doble hélice similar al ADN formada por ácido peptídico nucleico". Naturaleza . 368 (6471): 561–3. Código Bib : 1994Natur.368..561W. doi :10.1038/368561a0. PMID  8139692. S2CID  551986.
  11. ^ Nelson KE, Levy M, Miller SL (abril de 2000). "Los ácidos nucleicos peptídicos, en lugar del ARN, pueden haber sido la primera molécula genética". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (8): 3868–71. Código bibliográfico : 2000PNAS...97.3868N. doi : 10.1073/pnas.97.8.3868 . PMC 18108 . PMID  10760258. 
  12. ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J (marzo de 2002). Biología molecular de la célula (4ª ed.). Rutledge. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  13. ^ Zimmer C (enero de 2009). "Raíces evolutivas. Sobre el origen de la vida en la Tierra". Ciencia . 323 (5911): 198–9. doi : 10.1126/ciencia.323.5911.198. PMID  19131603. S2CID  206583796.
  14. ^ Anstaett P, Gasser G (2014). "Ácido nucleico peptídico: una oportunidad para la bionanotecnología" (PDF) . CHIMIA . 68 (4): 264–8. doi :10.2533/chimia.2014.264. PMID  24983612.
  15. ^ D'Souza AD, Belotserkovskii BP, Hanawalt PC (febrero de 2018). "Un modo novedoso para la inhibición de la transcripción mediada por bucles R inducidos por PNA con un sistema modelo in vitro". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mecanismos reguladores de genes . 1861 (2): 158–166. doi :10.1016/j.bbagrm.2017.12.008. PMC 5820110 . PMID  29357316. 
  16. ^ Lundberg DS, Yourstone S, Mieczkowski P, Jones CD, Dangl JL (octubre de 2013). "Innovaciones prácticas para la secuenciación de amplicones de alto rendimiento". Métodos de la naturaleza . 10 (10): 999–1002. doi :10.1038/nmeth.2634. PMID  23995388. S2CID  1751531.
  17. ^ "Beletskii et al 2001"/ Beletskii, Anton; Strauss, William (2001). "El mapeo de interferencia de PNA demuestra dominios funcionales en el ARN no codificante Xist". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (16): 9215–20. Código bibliográfico : 2001PNAS...98.9215B. doi : 10.1073/pnas.161173098 . PMC 55400 . PMID  11481485. 

Otras lecturas