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ロックされた核酸( LNA )は、ブリッジ核酸 ( BNA ) [1]とも呼ばれ、しばしばアクセス不可能な RNAとも呼ばれ、リボース部分が 2' 酸素と 4' 炭素を接続する追加のブリッジで修飾された修飾RNA ヌクレオチドです。ブリッジは、リボースを 3'-エンド(北) 構造に「ロック」します。これは、 A 型二重鎖でよく見られます。この構造により、酵素分解に対する安定性が向上します。[2] [3] [4] [5] LNA は、モノマーまたはオリゴヌクレオチドの構成要素として、塩基対形成における特異性と親和性も向上します。[6] LNA ヌクレオチドは、オリゴヌクレオチド内で DNA または RNA 残基と混合できます。
合成
Obikaらは1997年に初めてLNAを化学的に合成し、[7] 1998年にはJesper Wengelのグループが独立してそれに続きました。[8]これは、ZamecnickとStephensonが1978年にオリゴヌクレオチドが遺伝子発現を制御するための優れた物質になる可能性についての基礎を築いた後に可能になりました。 [9]現在までに、それぞれ線形戦略と収束戦略と呼ばれる2つの異なるアプローチが、高収率で効率的なLNAを生成することが示されている。線形合成戦略は、Obikaらの研究で初めて詳細に説明されました。[7]このアプローチでは、ウリジン（または容易に入手できるRNAヌクレオシド）を出発物質として使用できます。収束戦略では、核酸塩基とのカップリングに必要なグリコシル供与体となる糖中間体の合成が必要です。一般的に、D-グルコースは糖中間体を生成するために使用され、その後、立体選択的カップリングを可能にする改良されたVorbrügen法を使用して核酸塩基と反応します。[10]
異なる部位を付加することは、元々合成されたLNAに見られる高い親和性や特異性などの主要な物理化学的特性を維持しながら、依然として可能となっている。[8]このようなオリゴマーは化学的に合成され、市販されている。
DNA/RNAへの組み込み
LNAは、特定のDNAおよびRNAポリメラーゼの多様性を利用してDNAおよびRNAに組み込むことができます。Pfu DNAポリメラーゼをベースにした市販の酵素であるPhusion DNAポリメラーゼは、LNAを効率的にDNAに組み込みます。[11]
プロパティ
LNAは生物学的核酸と比較して生体安定性が向上しています。LNA修飾オリゴヌクレオチドは、 RNA、ssDNA、dsDNAとのハイブリダイゼーションにおいて熱力学特性が改善されていることが実証されています。[11]
アプリケーション
LNA酵素
DNAzyme はLNA 残基を含むように改変することができ、LNAzyme (LNA 改変 DNAzyme) が生成される。これらの改変オリゴヌクレオチドは、その DNAzyme 関連物と同様に、一般的にはエンドヌクレアーゼであり、特定の RNA 標的配列に結合し、ヌクレオチド間に存在するホスホジエステル結合を切断する。 [12]しかし、それらは、改変されていない対応物と比較して、より効率的なホスホジエステル結合の切断を示す。[13] DNAzymeの基質認識アームをLNAモノマーで改変すると、コクサッキーウイルスA21 (CAV-21)を認識し、ヒトライノウイルス-14 (HRV-14) の5' 非翻訳領域(5' UTR)の配列に類似したRNA標的配列を切断する LNAzyme が得られる。この配列は、改変されていない DNAzyme では認識されない。[14]
治療薬
LNAベースのオリゴヌクレオチドを治療に使用することは、バイオテクノロジーの新たな分野です。[15]さまざまなLNAオリゴヌクレオチドの薬物動態と毒性プロファイルが評価されています。研究では、LNAの毒性は一般にオリゴヌクレオチドの配列とは無関係であり、翻訳可能な治療用途では好ましい安全性プロファイルを示すと結論付けられています。[8]
LNAは、がんや感染症の治療における治療特性について研究されてきました。SPC2996と呼ばれるロック核酸ホスホロチオエートアンチセンス分子は、慢性リンパ性白血病細胞（CLL）のアポトーシスを阻害するタンパク質であるBcl-2オンコプロテインをコードするmRNAを標的とするように開発されました。第I相および第II相臨床試験では、サンプル集団の約30％で循環CLL細胞の用量依存的な減少が実証され、SPC2996のさらなる研究が示唆されました。[16]
LNAはC型肝炎の治療を目的とした実験的治療薬であるミラビルセンにも応用されており、 MiR-122（肝細胞で発現するmiRNA ）に対する結合特異性を持つ15ヌクレオチドのホスホロチオエート配列を構成している。[17] [18]
検出と診断
LNAを用いたアレル特異的PCRでは、結合特異性を損なうことなく、より短いプライマーの設計が可能となる。[19]
LNAは蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）に組み込まれています。[20] FISHはさまざまな細胞の遺伝物質を視覚化するために使用される一般的な技術ですが、この技術はプローブのハイブリダイゼーション効率が低いために制限されていることが研究で指摘されています。逆に、LNAを組み込んだプローブは、DNAとRNAの両方でハイブリダイゼーション効率の向上を示しました。LNAを組み込んだFISHの効率の向上により、ヒト染色体、いくつかの種類の非ヒト細胞、およびマイクロアレイのFISH分析が可能になりました。[20]
LNA遺伝子型解析も行われており、特にアポリポタンパク質Bの変異を検出することを目的としている。[20]
LNAはミスマッチ識別に対する高い親和性を持つことから、診断ツールへの応用が研究されてきた。固定化LNAプローブは、マルチプレックスSNPジェノタイピングアッセイに導入されている。[15]
遺伝子編集
LNA修飾ssODN（合成一本鎖DNAオリゴヌクレオチド）は、通常のssODNと同様に一塩基遺伝子編集に使用できます。LNAを修飾部位またはその近くで使用すると、熱力学的安定性が高く、 DNAミスマッチ修復を回避できます。 [21]
参考文献
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