ホスト-ゲストを利用した二重鎖核酸のX線結晶構造解析

使用主客体对双链核酸进行 X 射线晶体结构分析

• 批准号: 21K06511
• 负责人: 青山 浩
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06511/
• 关键词: X線結晶構造解析; 人工核酸; 核酸医薬; DNAナノテクノロジー

創薬モダリティの多様化が進む中、核酸医薬は難治性疾患の新たな治療法として現在大きな注目を集めている。中でも、疾患関連タンパク質の遺伝情報を含んだmRNAを標的とするアンチセンス核酸は最も研究開発が進んでいる。アンチセンス核酸がその効果を発揮するために、標的のmRNAに対する二重鎖結合能を高め、酵素分解に対する安定性を改善することが必要であるため、世界中で化学修飾を施した人工核酸が開発されてきた。その中でも、核酸の糖部に架橋構造とグアニジノ基を併せ持つGuNA(Guanidine-bridged nucleic acid)は、グアニジノ基の正電荷により相補鎖RNAおよびDNAに対する高い二重鎖結合能と酵素分解耐性を獲得している。これまでの研究でGuNAのグアニジノ基窒素原子上にメチル基（Me）、エチル基（Et）、イソプロピル基（iPr）、tert-ブチル基（tBu）をそれぞれ導入した一置換型GuNA誘導体（GuNA[R]）では、置換基の嵩高さが増すに従いオリゴ核酸の二重鎖安定性と酵素耐性能が上昇することがわかっている。そこで本年度は、GuNAのグアニジノ基窒素原子に置換基を２つもつ（GuNA[R,R]）のうち、GuNA[Me,Me]とGuNA[Me,tBu]を導入したオリゴ核酸のX線結晶構造解析を行い、置換基の嵩高さと二重鎖結合能の相関を明らかした。その結果、GuNA[Me,tBu]のtert-ブチル基は二重らせん構造の副溝に配置されるとともに、tert-ブチル基に置換したグアニジノ基の窒素原子とチミン塩基の2-カルボニル基炭素原子が水素結合を形成していた。このX線結晶構造は、GuNA[Me,tBu]導入オリゴ核酸がGuNA[Me,Me]導入オリゴ核酸に比してTm値が大幅に上昇する原因であると考えられた。

随着药物发现方式继续使其多样化，核酸药物目前正在引起人们对顽固性疾病的新疗法的极大关注。其中，针对含有疾病相关蛋白质遗传信息的mRNA的反义核酸是研究和发育中最先进的。由于反义核酸需要增强靶向mRNA的双链结合能力并提高酶促降解的稳定性，因此在全球范围内已经开发了化学修饰的人造核酸。其中，在核酸的糖部分中具有交联的结构和一个鸟翼群组的Guna（Guna（鸟嘌呤桥）的核酸）具有高的双链结合能力，可以结合互补的链条RNA和DNA，并且还获得了酶促去降解的抗性，这也是由于Guanzymative的抗性抗性。 Previous studies have shown that in monosubstituted GuNA derivatives (GuNA[R]), in which methyl groups (Me), ethyl groups (Et), isopropyl groups (iPr), and tert-butyl groups (tBu) are introduced onto the guanidino group nitrogen atom of GuNA, the double-strand stability and enzyme resistance of oligonucleic acids increase as the bulkiness of the substituents 增加。因此，今年，我们对寡核酸进行了X射线晶体结构分析，其中引入了Guna [Me，Me]和Guna [Me]，Me，TBU]，其中包括Guna的鸟粪组氮原子的两个取代基（Guna [r，r]），并揭示了替代性双重性和替代性的相关性。结果，将Guna [ME，TBU]的TERT叔丁基置于双螺旋结构的子沟中，而用TERT-叔丁基组代替的甘尼迪诺群岛基团的氮原子和thymine碱基的2-羰基碳原子形成了氢键。与guna [me，me，me，Me]转导的寡核酸相比，这种X射线晶体结构被认为是Guna [Me，TBU]转移寡核酸的TM值显着增加的原因。