Ácido nucleico peptídico - Peptide nucleic acid
El ácido nucleico peptídico ( PNA ) es un polímero sintetizado artificialmente similar al ADN o al ARN .
Los oligómeros de ácido nucleico de péptidos sintéticos se han utilizado en los últimos años en procedimientos de biología molecular, ensayos de diagnóstico y terapias antisentido . Debido a su mayor fuerza de unión, no es necesario diseñar oligómeros de PNA largos para su uso en estas funciones, que normalmente requieren sondas de oligonucleótidos de 20-25 bases. La principal preocupación de 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 y especificidad de unión también se aplica a los dúplex de PNA / ARN. Los PNA no se reconocen fácilmente ni por las nucleasas ni por las proteasas , lo que los hace resistentes a la degradación por parte de las enzimas . Los PNA también son estables en un amplio rango de pH . Aunque un PNA no modificado no puede atravesar fácilmente la membrana celular para entrar en el citosol, el acoplamiento covalente de un péptido que penetra en las células a un PNA puede mejorar la administración citosólica.
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 .
El PNA fue inventado por Peter E. Nielsen (Univ. Copenhague), Michael Egholm (Univ. Copenhague), Rolf H. Berg (Laboratorio Nacional de Risø) y Ole Buchardt (Univ. Copenhague) en 1991.
Estructura
El ADN y el ARN tienen una cadena principal de desoxirribosa y azúcar ribosa , respectivamente, mientras que la cadena principal de PNA está compuesta por unidades repetidas de N- (2-aminoetil) -glicina unidas por enlaces peptídicos . Las diversas bases de purina y pirimidina están unidas a la columna vertebral por 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).
Vinculante
Dado que la columna vertebral de 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 hidrófobo, lo que dificulta su administración a las células corporales en solución sin ser expulsado del cuerpo primero. Los primeros experimentos con hebras de homopirimidina (hebras que constan de una sola base de pirimidina repetida ) han demostrado que la T m (temperatura de "fusión") de una doble hélice de 6-base de timina PNA / ADN de adenina era de 31 ° C en comparación con un equivalente de 6 dúplex base ADN / ADN que se desnaturaliza a una temperatura inferior a 10 ° C. Las moléculas de PNA de base mixta son verdaderas imitaciones de las moléculas de ADN en términos de reconocimiento de pares de bases. La unión de PNA / PNA es más fuerte que la unión de PNA / ADN.
Traducción de PNA de otros ácidos nucleicos
Varios laboratorios han informado de la polimerización específica de secuencia de ácidos nucleicos peptídicos a partir de moldes de ADN o ARN. Liu y sus colaboradores utilizaron estos métodos de polimerización para desarrollar PNA funcionales con la capacidad de plegarse en estructuras tridimensionales, similares a proteínas, aptámeros y ribozimas .
Entrega
En 2015, Jain et. Alabama. describieron un sistema de administración anfifático basado en ADN que actúa en trans para la administración conveniente de ácidos nucleicos no cargados (UNA) con cola poli A tales como PNA y morfolinos , de modo que varias UNA se pueden cribar fácilmente ex vivo .
Hipótesis mundial de la ANP
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 (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 es así, la vida evolucionó a un sistema basado en ADN / ARN solo en una etapa posterior. Sin embargo, la evidencia de esta hipótesis mundial de la ANP está lejos de ser concluyente. Sin embargo, si existió, debe haber precedido al mundo del ARN ampliamente aceptado .
Aplicaciones
Las aplicaciones incluyen la alteración de la expresión génica, tanto como inhibidor como promotor en diferentes casos, agente terapéutico antigénico y antisentido, agente anticanceroso, agente antivírico, antibacteriano y antiparasitario, herramientas moleculares y sondas de biosensor , detección de secuencias de ADN y nanotecnología.
Los ANP se pueden utilizar para mejorar la secuenciación del gen de ARN ribosómico 16S de alto rendimiento de muestras de plantas y suelos bloqueando la amplificación de las secuencias de plastidios y mitocondrias contaminantes.
Antagonismo / inhibición celular funcional. En 2001, Strauss y sus colegas informaron sobre el diseño de una aplicación para oligómeros de PNA en células de mamíferos vivos. La región de unión a cromatina Xist se dilucidó por primera vez en células fibroblásticas de ratón hembra y células madre embrionarias mediante el uso de un antagonista molecular de PNA. El nuevo enfoque de PNA demostró directamente la función de un lncRNA. El ARN largo no codificante (lncRNA), Xist, se une directamente al cromosoma X inactivo. Los experimentos de inhibición funcional de PNA revelaron que regiones específicas de repetición del ARN Xist eran responsables de la unión de cromatina y, por lo tanto, podrían considerarse regiones de dominio de la transcripción de ARN. El antagonista molecular del PNA se administró a células vivas e inhibió funcionalmente la asociación de Xist con el cromosoma X inactivo utilizando el método para estudiar la función del ARN no codificante en células vivas llamado mapeo de interferencia de ácido nucleico peptídico (PNA). En los experimentos informados, un solo PNA de 19 pb de permeación celular antisentido dirigido contra una región particular de Xist RNA causó la interrupción de Xi. La asociación de Xi con macrohistona H2A también se ve alterada por el mapeo de interferencia de PNA.
Ver también
- Polímero de péptido hecho clic
- Ácido nucleico de glicol
- Síntesis de oligonucleótidos
- Síntesis de péptidos
- Threose ácido nucleico
Referencias
Otras lecturas
- Nielsen PE (diciembre de 2008). "Triple hélice: diseñar una nueva molécula de vida" . Scientific American . 299 (6): 64–71. doi : 10.1038 / scientificamerican1208-64 . PMID 19143446 .
- Krämer R, Mokhir A (2012). "Capítulo 12. Derivados de complejos metálicos de ácidos nucleicos peptídicos (PNA)". En Sigel A, Helmut Sigel H, Sigel RK (eds.). Interacción entre iones metálicos y ácidos nucleicos . Iones metálicos en ciencias de la vida. 10 . Saltador. págs. 319–40. doi : 10.1007 / 978-94-007-2172-2_12 . ISBN 978-94-007-2171-5. PMID 22210345 .
- Shakeel S, Karim S, Ali A (junio de 2006). "Ácido nucleico peptídico (PNA): una revisión". Revista de Tecnología Química y Biotecnología: Investigación Internacional en Tecnología de Procesos, Ambiental y Limpia . 81 (6): 892–9. doi : 10.1002 / jctb.1505 .
- Bhadauria, Vijai (junio de 2017). Secuenciación y bioinformática de última generación para la ciencia vegetal . Prensa Académica Caister. doi : 10.21775 / 9781910190654 . ISBN 978-1-910190-66-1.</ref>
- Kaihatsu K, Janowski BA, Corey DR (junio de 2004). "Reconocimiento de ADN cromosómico por ANP" . Química y Biología . 11 (6): 749–58. doi : 10.1016 / j.chembiol.2003.09.014 . PMID 15217608 .
- Ng PS, Bergstrom DE (enero de 2005). "Análogos de ácidos nucleicos alternativos para ensamblaje programable: hibridación de LNA a PNA" . Nano Letras . 5 (1): 107-11. Código bibliográfico : 2005NanoL ... 5..107N . doi : 10.1021 / nl048246f . PMID 15792422 .
- Paulasova P, Pellestor F (2004). "Los ácidos nucleicos peptídicos (PNA): una nueva generación de sondas para análisis genéticos y citogenéticos". Annales de Génétique . 47 (4): 349–58. doi : 10.1016 / j.anngen.2004.07.001 . PMID 15581832 .
- Castelvecchi D (junio de 2004). "Un nuevo juego de la vida" . Blog en WordPress.com .
- Nielsen PE, Egholm M (1999). "Una introducción al ácido nucleico peptídico" (PDF) . Curr. Issues Mol. Biol . 1 (2): 89-104. PMID 11475704 .