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

Dado que la columna vertebral del PNA no contiene grupos fosfato cargados , la unión entre las cadenas de PNA/ADN es más fuerte que entre las cadenas de ADN/ADN debido a la falta de repulsión electrostática. Desafortunadamente, esto también hace que sea bastante hidrofóbico, lo que dificulta su administración a las células del cuerpo en solución sin ser eliminado primero del cuerpo. Los primeros experimentos con hebras de homopirimidina (hebras que consisten en una sola base de pirimidina repetida ) han demostrado que la T m (temperatura de "fusión") de una doble hélice de ADN de timina PNA/adenina de 6 bases era de 31 °C en comparación con una equivalente de 6- base dúplex ADN/ADN que se desnaturaliza a una temperatura inferior a 10 °C. Las moléculas de PNA de bases mixtas son verdaderos imitadores de las moléculas de ADN en términos de reconocimiento de pares de bases. La unión PNA/PNA es más fuerte que la unión PNA/DNA.

Traducción de PNA de otros ácidos nucleicos.

Varios laboratorios han informado sobre la polimerización de secuencia específica de ácidos peptídicos nucleicos a partir de plantillas de ADN o ARN. [6] [7] [8] Liu y sus compañeros de trabajo utilizaron estos métodos de polimerización para desarrollar PNA funcionales con la capacidad de plegarse en estructuras tridimensionales, similares a proteínas, aptámeros y ribozimas . [6]

Entrega

En 2015, Jain et al. describieron un sistema de administración anfifático basado en ADN de acción trans para la administración conveniente de ácidos nucleicos sin carga (UNA) con cola poli A, como PNA y morfolinos , de modo que varios UNA se puedan detectar fácilmente ex vivo . [9] [ se necesita fuente no primaria ]

Hipótesis del mundo PNA

Se ha planteado la hipótesis de que la vida más temprana en la Tierra pudo haber utilizado PNA como material genético debido a su extrema robustez, formación más simple y posible polimerización espontánea a 100 °C [10] (mientras que el agua a presión estándar hierve a esta temperatura, el agua a alta presión (como en las profundidades del océano) hierve a temperaturas más altas). Si esto es así, la vida evolucionó hacia un sistema basado en ADN/ARN sólo en una etapa posterior. [11] [12] Sin embargo, la evidencia de esta hipótesis mundial de la ANP está lejos de ser concluyente. [13] Sin embargo, si existió, debe haber precedido al mundo del ARN ampliamente aceptado .

Aplicaciones

Las aplicaciones incluyen la alteración de la expresión genética, tanto como inhibidor como promotor en diferentes casos, antígeno y agente terapéutico antisentido, agente anticancerígeno, agente antiviral, antibacteriano y antiparasitario, herramientas moleculares y sondas de biosensores , detección de secuencias de ADN y nanotecnología. [14] [15]

Los PNA se pueden utilizar para mejorar la secuenciación del gen de ARN ribosómico 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 un andamio 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