架橋核酸

ブリッジ核酸( BNA ) は、修飾されたRNAヌクレオチドです。これらは、制約された RNA 分子またはアクセス不可能な RNA分子と呼ばれることもあります。BNAモノマーには、5 員環、6 員環、さらには 7 員環のブリッジ構造が含まれ、C 3'-エンド糖パッカリングが「固定」_されています。^{[1]ブリッジは、リボースの 2', 4' 位に合成的に組み込まれ、2', 4'-BNA モノマーが得られます。モノマーは、標準的な}ホスホラミダイト化学を使用してオリゴヌクレオチドポリマー構造に組み込むことができます。BNA は、結合親和性と安定性が向上した構造的に剛性の高いオリゴヌクレオチドです。

化学構造

今西健教授らのグループが合成した、リボースの2', 4'-位にブリッジを含むBNAモノマーの化学構造。^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]ブリッジの性質はモノマーの種類によって異なる場合があります。A-RNAとB-DNAの3D構造は、BNAモノマーの設計のテンプレートとして使用されました。設計の目的は、相補的なRNAおよび/またはDNA鎖と高い結合親和性を持つ誘導体を見つけることでした。

RNA 骨格に 2'-ヒドロキシル基が存在すると、DNA の A 型構造に似た構造が形成されます。ヌクレオチドの柔軟な 5 員環フラノースは、次の図に示すように、N 型 (C3'-エンド、A 型) と S 型 (C2'-エンド、B 型) の 2 つの好ましい立体配座の平衡状態で存在します。

ヌクレオシド（オリゴヌクレオチド）中の糖部分の構造的柔軟性が増すと、相補的な一本鎖RNAや二本鎖DNAとの結合親和性が高まる。最初の2',4'-BNA（LNA）モノマーは1997年に今西健のグループによって合成され^[2]、続いて1998年にジェスパー・ウェンゲルのグループによって独立して合成された^[8]。

BNAヌクレオチドは、DNA または RNAオリゴヌクレオチドの任意の位置に組み込むことができます。このようなオリゴマーは化学的に合成され、現在市販されています。架橋リボース構造により、塩基のスタッキングが強化され、オリゴヌクレオチドのバックボーンが事前に整理されるため、ハイブリダイゼーション特性が大幅に向上します。

BNA をオリゴヌクレオチドに組み込むことで、DNA または RNA 補完物に対して同等以上の結合親和性を持ち、優れた単一ミスマッチ識別力、より優れた RNA 選択的結合、より強力でより配列選択的な三重鎖形成特性、Sp-ホスホロチオエート類似体よりもさらに高い顕著なヌクレアーゼ耐性、および通常の DNA または RNA オリゴヌクレオチドと比較して得られるオリゴヌクレオチドの良好な水溶性を備えた修飾合成オリゴヌクレオチドを生成できます。

BNAの化学構造は2007年に今西らのグループによって発表された。^[7]これらの新世代のBNA類似体は、2',4'-BNA ^NC [NH]、2',4'-BNA ^NC [NMe]、および2',4'-BNA ^NC [NBn]と呼ばれている。

今西グループが導入した新しい BNA 類似体は、架橋部分の長さを考慮して設計されました。糖部分にユニークな構造特性 (NO 結合) を持つ 6 員架橋構造は、窒素原子を持つように設計されました。この原子は、負に帯電したバックボーンリン酸間の反発を低下させることで、二重鎖および三重鎖の形成を改善します。これらの修飾により、相補鎖に対する親和性を制御し、ヌクレアーゼ分解に対する耐性を調節し、ゲノミクスの特定の用途向けに設計された機能分子を合成できます。これらの類似体の特性は、今西グループによって以前に 2',4'-BNA (LNA) 修飾オリゴヌクレオチドの特性と比較され、調査されました。今西の結果は、「これらのプロファイルを持つ 2',4'-BNA ^NC修飾オリゴヌクレオチドは、アンチセンスおよびアンチジーン技術への応用に大きな可能性を示しています」ことを示しています。

2004 年に小泉誠は、アンチセンスおよび抗原オリゴヌクレオチド (AON) としての ENA に焦点を当てて BNA の特性をレビューし、翻訳停止、RNase H を介した mRNA 分解、およびスプライシング停止に関与する可能性のあるこれらの化合物の作用メカニズムを提唱しました。

AONの作用機序の提案

山本らは2012年に^[9]、 BNAベースのアンチセンス治療薬が肝臓PCSK9の発現を阻害し、マウスの血清LDL-C値を大幅に低下させることを実証しました。この知見は、PCSK9が高コレステロール血症の潜在的な治療標的であるという仮説を裏付けるものであり、研究者らはBNAベースのアンチセンスオリゴヌクレオチド（AON）が高コレステロール血症マウスでコレステロール低下作用を誘発することを示すことができました。アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、ALT、血中尿素窒素レベルの中程度の上昇が観察されましたが、組織病理学的分析では重篤な肝毒性は明らかにされませんでした。同じグループは2012年にも、アンチセンスオリゴヌクレオチドで使用された2',4'-BNA ^NC [NMe]類似体は、より短い（13〜16mer）オリゴヌクレオチドでより顕著な、有意に強い阻害活性を示したと報告しました。研究者らは、そのデータから、2',4'-BNA ^NC [NMe]類似体が従来のLNAよりも優れた代替品となる可能性があるという結論に至った。

BNAテクノロジーの利点

BNA の利点としては、短い RNA および DNA ターゲットの検出に最適であること、二重鎖の熱安定性が向上すること、単一ヌクレオチドの識別が可能であること、三重鎖の熱安定性が向上すること、エキソヌクレアーゼおよびエンドヌクレアーゼに対する耐性により、in vivoおよびin vitroアプリケーションで高い安定性が得られること、ターゲットの特異性が向上すること、Tm の正規化が容易になること、鎖侵入により「アクセスが困難な」サンプルの検出が可能になること、標準的な酵素プロセスと互換性があることなどが挙げられます。^{[引用が必要]}

BNA技術の応用

BNAの応用には、小さなRNAの研究、RNAアプタマーの設計と合成、siRNA、アンチセンスプローブ、診断、分離、マイクロアレイ分析、ノーザンブロッティング、リアルタイムPCR、in situハイブリダイゼーション、機能分析、SNPの検出と抗原としての使用、その他多くのヌクレオチド塩基の応用が含まれます。^[10]^{[引用が必要]}

参考文献

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外部リンク

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http://www.sanger.ac.uk/resources/software/
Pfundheller, Henrik M.; Lomholt, Christian (2002).ロックド核酸: LNA-T ジオールの合成と特性評価。第 4 巻、第 4 章。pp. 4.12.1–4.12.16。doi : 10.1002/0471142700.nc0412s08。ISBN 978-0471142706. PMID 18428894. S2CID 19507528. {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)

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