La prima molecola bifacial può invadere il DNA a doppia elica o il RNA

I ricercatori di Carnegie Mellon University hanno sviluppato una molecola sintetica che può riconoscere e legare al DNA a doppia elica o al RNA nelle circostanze fisiologiche normali. La molecola ha potuto fornire una nuova piattaforma per i metodi di sviluppo per la diagnosi ed il trattamento delle circostanze genetiche. I loro risultati sono pubblicati in chimica di comunicazioni, un nuovo giornale della natura.

Il lavoro è stato effettuato da un gruppo internazionale degli esperti, compresi professore del Carnegie Mellon di chimica Danith LY, un esperto nella progettazione dell'acido nucleico del peptide, postdoc Shivaji Thadke di chimica e dottorando Dinithi Perera di chimica, professore di chimica ed esperto a risonanza magnetica nucleare Roberto Gil e Arnab Mukherjee, un informatico all'istituto indiano di formazione e della ricerca di scienza a Pune.

“Da quando la struttura a doppia elica di DNA in primo luogo è stata delucidata da Watson e dal torcicollo, gli scienziati stanno provando a progettare le molecole che possono legare a DNA e permettere che uno gestisca il flusso di informazioni genetiche,„ hanno detto la LY. “Questa è la prima molecola bifacial che può invadere il DNA a doppia elica o il RNA nelle circostanze biologicamente pertinenti.„

Il DNA, che contiene tutte le informazioni genetiche di un organismo, si compone di due fili dei nucleotidi. I nucleotidi connettono a vicenda facendo uso dei legami idrogeni, formanti una catena elicoidale delle coppie di basi del Watson-Torcicollo. Mentre queste coppie di basi forniscono un codice relativamente semplice alle nostre informazioni genetiche, entrare nella doppia elica cambiare il codice è difficile dovuto le forti obbligazioni fra le coppie di basi.

La LY ed i suoi colleghi all'istituzione universitaria del Carnegie Mellon per progettazione e la scoperta biomolecolari (IBD) ed al centro per scienza e tecnologia degli acidi nucleici (CNAST) sono guide nella progettazione e nello sviluppo degli acidi nucleici del peptide di gamma (gamma PNAs). Gli analoghi sintetici a DNA ed a RNA, la gamma PNAs possono essere programmati per legare al materiale genetico (DNA o RNA) quella malattia di cause, permettendoli di cercare le sequenze e la legatura nocive a loro per impedire un gene funzionare male.

Il gruppo ha creato la gamma doppiogiochista PNAs chiamato gamma PNAs di Janus. Nominato dopo il dio romano a due facce, Janus PNAs può riconoscere e legare con entrambi i fili di una molecola del RNA o del DNA.

Il concetto del riconoscimento bifacial, che è la base della gamma PNAs di Janus, in primo luogo è stato concepito più di due decadi fa da Jean-Marie Lehn, un premio Nobel conosciuto per il suo lavoro nel campo di chimica sovramolecolare ed esposto sopra da altri ricercatori nel campo.

L'avanzamento di questa ricerca è stato tenuto indietro da due ostacoli. In primo luogo, i ricercatori avevano potuti fare soltanto un piccolo numero di basi di Janus e quelle basi hanno variato considerevolmente nella forma e nella dimensione. Queste limitazioni hanno significato che le basi differenti di Janus potrebbero riconoscere soltanto le ripetizioni dello stesso insieme delle coppie di basi e non potrebbero essere usate insieme come le particelle elementari per riconoscere le sequenze più complesse in DNA o RNA.

Secondariamente, era difficile da sintetizzare le basi di Janus per le coppie di basi canoniche. La natura complementare dei due lati delle basi di Janus rese alle molecole ibrida l'un l'altro e lega, impedicendole l'incorporazione nel DNA e nel RNA.

Nello studio corrente, la LY ed i colleghi superano questi ostacoli. Hanno creato un assolutamente nuovo insieme degli elementi bifacial del riconoscimento dell'acido nucleico, 16 nel totale, che ha rappresentato ogni combinazione possibile di nucleobases che potrebbero essere trovati nel codice genetico. La gamma PNAs di Janus può essere usata per riconoscere tutta la combinazione di coppie di basi e misto ed essere abbinata per individuare e legare alle sequenze genetiche complesse.

Thadke ha risolto il problema chimico della sintesi inventando un metodo sintetico in fase solida novello e della soluzione per sviluppare la gamma PNAs di Janus. Egualmente ha spiegato un trucco inerente al preorganization elicoidale nella spina dorsale della gamma PNA per impedire le basi auto-complementari di Janus l'ibridazione ad una un altro.

Questo la gamma nuova PNAs di Janus ha un'energia di legame straordinario alta ed è la prima da potere invadere una doppia elica base-accoppiata canonica del RNA o del DNA ad una forza ionica e ad una temperatura fisiologicamente pertinenti.

Fanno questa approfittando di quando il DNA a doppia elica e le molecole del RNA “respirano„ e le obbligazioni fra le coppie di basi si aprono per le frazioni di secondo. Quando questo accade, il Janus PNA si inserisce fra i fili separati. Se le coppie di basi non abbinano su, il Janus PNA è espulso dalla molecola del DNA. Ma se abbinano, il Janus PNA lega ad entrambi i fili della molecola.

La gamma PNAs di Janus ha una vasta gamma di usi del biomedical e biologici. Essi possono essere destinati per mirare al DNA genomico per il gene che modificano ed il regolamento trascrizionale. Anche potrebbero essere destinati per legare la sequenza-specifico e selettivamente alle strutture secondarie e terziarie di RNA, qualcosa che gli agenti ed i leganti antisenso tradizionali della piccolo-molecola non potessero fare. Per esempio, la gamma PNAs di Janus potrebbe essere programmata per legare alle espansioni RNA-ripetute, in grado di piombo ai nuovi trattamenti per una serie di disordini neuromuscolari e neurodegenerative, compreso il tipo 1 di malattia di Steinert e la malattia di Huntington, o a noncoding RNAs, compreso l'agente patogeno ribosomiale ed il RNA del telomerase, per combattere genetico e le malattie infettive.

La tecnologia sta esploranda dagli avvii come pure dalle ditte farmaceutiche per gli sviluppi terapeutici.