Effects of hypoxanthine substitution in peptide nucleic acids targeting KRAS2 oncogenic mRNA molecules: theory and experiment.
Effects of hypoxanthine substitution in peptide nucleic acids targeting KRAS2 oncogenic mRNA molecules: theory and experiment.
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DOI：
10.1021/jp4064966
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发表时间：
2013-10-03
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wickstrom E
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sanders JM;Wampole ME;Chen CP;Sethi D;Singh A;Dupradeau FY;Wang F;Gray BD;Thakur ML;Wickstrom E
遗传性疾病可能由单个基因中的单碱基替换引起。 KRAS2 mRNA 第十二个密码子中野生型鸟嘌呤的单碱基替换经常发生，引发肺癌、胰腺癌和结肠癌。我们通过与放射性标记的肽核酸 (PNA) 十二聚体进行体内杂交，观察到小鼠肿瘤中突变 KRAS2 mRNA 的放射成像中的单碱基错配特异性。我们假设，通过掺入次黄嘌呤的 PNA 十二聚体可以实现多突变体特异性，次黄嘌呤可以与腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶形成沃森-克里克碱基对。通过分子动力学模拟和自由能计算，我们发现 KRAS2 RNA-PNA 双链体中 PNA 中的次黄嘌呤取代是可以耐受的，其中野生型鸟嘌呤被 RNA 中的突变尿嘧啶或腺嘌呤取代。为了验证我们的预测，我们用次黄嘌呤合成了 PNA 十二聚体，然后测量了 RNA-PNA 双链体的热稳定性。圆二色性热熔解结果表明，在形成次黄嘌呤-腺嘌呤和次黄嘌呤-尿嘧啶碱基对的双链体中，含次黄嘌呤的PNA比单个错配双链体或含有次黄嘌呤-鸟嘌呤对立的双链体更稳定。
Genetic disorders can arise from single base substitutions in a single gene. A single base substitution for wild type guanine in the twelfth codon of KRAS2 mRNA occurs frequently to initiate lung, pancreatic, and colon cancer. We have observed single base mismatch specificity in radioimaging of mutant KRAS2 mRNA in tumors in mice by in vivo hybridization with radiolabeled peptide nucleic acid (PNA) dodecamers. We hypothesized that multi-mutant specificity could be achieved with a PNA dodecamer incorporating hypoxanthine, which can form Watson-Crick basepairs with adenine, cytosine, thymine, and uracil. Using molecular dynamics simulations and free energy calculations, we show that hypoxanthine substitutions in PNAs are tolerated in KRAS2 RNA-PNA duplexes where wild type guanine is replaced by mutant uracil or adenine in RNA. To validate our predictions, we synthesized PNA dodecamers with hypoxanthine, and then measured the thermal stability of RNA-PNA duplexes. Circular dichroism thermal melting results showed that hypoxanthine-containing PNAs are more stable in duplexes where hypoxanthine-adenine and hypoxanthine-uracil base pairs are formed than single mismatch duplexes or duplexes containing hypoxanthine-guanine opposition.
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