DNA triple helix formation: a potential tool for genetic repair

*correspondent Author: D. V. Kohli
Department of Pharmaceutical Sciences, Dr. Hari Singh Gour Vishwavidyalaya, Sagar-470 003, India:

Abstract

DNA triple helices offer new perspectives towards oligonucleotide-directed gene regulation. De drievoudige helix die oligonucleotides vormen, die aan double-stranded DNA binden, is van speciaal belang aangezien zij aan het gen zelf eerder dan aan zijn mRNA-product (zoals in de antisense strategie) worden gericht. De slechte stabiliteit van sommige van deze structuren kan echter het gebruik ervan onder fysiologische omstandigheden beperken. De specifieke liganden kunnen in drievoudige helices van DNA intercaleren en hen stabiliseren. Dit overzicht geeft een samenvatting van de recente vooruitgang op dit gebied, terwijl ook aandacht voor belangrijke obstakels die nog moeten worden overwonnen, voordat de toepassing van triplex-technologie op therapeutische genherstel kan worden bereikt.

Triple helix formation (fig. 1) onlangs is de focus van aanzienlijke belangstelling geweest vanwege mogelijke toepassing in de ontwikkeling van nieuwe moleculaire biologie tools en therapeutische middelen en vanwege de mogelijke relevantie van H-DNA structuren in biologische systemen . In intermoleculaire structuren, is een oligopyrimidine-oligopurine opeenvolging van duplex van DNA gebonden door een derde bundel oligonucleotide in de belangrijkste groef .

twee hoofdtypen van triple helices zijn beschreven, afhankelijk van de oriëntatie van de derde streng . De eerste gerapporteerde triple-spiraalvormige complexen betroffen pyrimidische derde streng waarvan de binding rust op Hoogsteen waterstofbindingen tussen een T-A basenpaar en thymine, en tussen een C-G basenpaar en geprotoneerde cytosine . Het (T, C)-bevattende oligonucleotide bindt parallel aan de oligopurinestreng in het zogenaamde pyrimidinemotief. Een tweede categorie van drievoudige helices bevat purines in de derde streng, die antiparallel aan de oligopurine streng is georiënteerd. C * G×G en T * A×A basistriolen worden gevormd na een omgekeerd Hoogsteen waterstofbindingsschema . Oligonucleotides die T en G bevatten kunnen ook drievoudige helices vormen waarvan de oriëntatie van de basisopeenvolging afhangt .

Triple helix formation biedt een direct middel om genexpressie selectief te manipuleren in cellen waar DNA triple helices nieuwe perspectieven bieden voor oligonucleotide-gerichte genregulatie (fig. 2). Synthetische drievoudige helix die oligonucleotiden (TFOs) vormen bindt met hoge affiniteit en specificiteit aan de purinestreng in de belangrijkste groef van homopurine – homopyrimidine opeenvolging in dubbelstrengs DNA .

TFO’ s zijn goede kandidaten voor gebruik als locatiespecifieke DNA-bindingsmiddelen en worden onderzocht voor gebruik als potentiële therapeutische middelen. Zij zijn bestudeerd in antisense toepassingen, waar zij worden ontworpen om mRNAs, antigene toepassingen te richten, waar zij genuitdrukking via drievoudige helixvorming controleren, en in toepassingen die proteã NEN richten, waar zij als aptamers worden gebruikt .

TFO ‘ s kunnen ook worden gebruikt in gentherapie waar ze zich richten op DNA-sequentie van gemuteerd gen om de transcriptie ervan te voorkomen. Purine-rijke traktaten worden vaak gevonden in de gebieden van de genpromotor en TFOs die aan deze regelgevende plaatsen worden geleid zijn getoond om selectief transcriptie van de gerichte genen te verminderen, waarschijnlijk door band van transcriptional activators en/of vorming van initiatiecomplexen te blokkeren. Triplex-bemiddelde modulatie van transcriptie heeft potentiële toepassing in therapie aangezien het kan worden gebruikt; bijvoorbeeld, om niveaus van proteã nen te verminderen die om belangrijk in ziekteprocessen worden verondersteld te zijn. TFOs kan ook als moleculaire hulpmiddelen voor het bestuderen van genuitdrukking worden gebruikt en zij zijn bewezen efficiënt om in diverse gen-gerichte strategieën in levende cellen te zijn. TFOs kan aan polypurine/polypyrimidine gebieden in DNA op een opeenvolging-specifieke manier binden. De specificiteit van deze band verhoogt de mogelijkheid om triplexvorming voor gerichte genoomwijziging te gebruiken, met het uiteindelijke doel om genetische defecten in menselijke cellen te herstellen. Verscheidene studies hebben aangetoond dat de behandeling van zoogdiercellen met TFOs de reparatie en nieuwe combinatie van DNA kan veroorzaken, op een manier die kan worden uitgebuit om, gewenste opeenvolgingsveranderingen te introduceren. Een aantal studies zijn gemeld waarin oligonucleotides als antigene samenstellingen binnen de cellen werden gebruikt .

vorming van triple helix DNA

Triple helix vorming is het resultaat van oligoinucleotiden binding met een hoge specificiteit van herkenning aan de belangrijkste groef van dubbel spiraalvormig DNA door het vormen van Hoogsteen type bindingen met purine basen van de Watson-Crick basenparen, de verbinding rationeel ontworpen voor kunstmatige regulatie van genexpressie . Triplexvorming vereist Mg2 + – ionen terwijl het wordt geremd door K+ – ionen.

in de triple helix-of antigeenstrategie bindt het oligonucleotide zich in de grote groef van dubbelstrengs DNA via hoogsteenwaterstofbinding tot een triple helix . TFOs bindt homopurine-homopyrimidine sequenties in dubbelstrengs DNA. Er zijn vier structurele motieven voor triplexvorming die zijn beschreven op basis van de samenstelling van de derde bundel en zijn oriëntatie ten opzichte van de purine-rijke bundel van de duplex. Purine motief TFOs (die bestaan uit G en A) vormen G*G:C en A * A:T drieling en binden in antiparallel oriëntatie met betrekking tot de purine streng van de duplex. Aan de andere kant vormen pyrimidinemotief TFOs (C/T) triplexen in parallelle oriëntatie en in het algemeen alleen bij lage pH vanwege de noodzaak van de cytosine basen worden geprotoneerd om Hoogsteenbindingen te vormen; ze vormen C+*G:C en T*A:T triplexen. Ten slotte binden gemengde purine-en pyrimidine-TFO ‘ s zich parallel of antiparallel en vormen ze een drieling van G*G:C en T*A:T. De oriëntatie waarin het gemengde motief TFOS bindt, is afhankelijk van het aantal stappen van GpA en ApG in het homopurinekanaal . De antiparallel oriëntatie wordt begunstigd door een groter aantal stappen, terwijl een laag aantal stappen de parallelle oriëntatie begunstigt .

zodra het beste motief voor binding van een bepaalde doelsequentie is vastgesteld, beperken problemen met oligonucleotiden van natuurlijke fosfodiëster het succes van de antigeenbenadering en de therapeutische toepassingen van oligonucleotiden in het algemeen. Oligonucleotiden met de natuurlijke phosphodiester backbone zijn vatbaar voor endo en exonucleases. De overheersende activiteit die oligonucleotiden afbreekt is 3 ‘ – exonuclease activiteit, maar endonuclease activiteit is ook waargenomen in sommige settings . Aldus, voor toepassing als therapeutiek in vivo moeten TFOs zowel exonuclease als endonuclease activiteit kunnen weerstaan om hun doel te bereiken. Een backbone wijziging die nucleaseweerstand verleent maar binding aan double-stranded DNA met hoge affiniteit toestaat wordt vereist voor de in vivo toepassingen van TFOs.

Fosforodiamidaatmorfolino-oligomeren zijn gemodificeerde backbone-oligonucleotiden die eerder als antisense-middelen zijn onderzocht . Morfolino-oligonucleotiden hebben een niet-geladen backbone waarin de deoxyribose-suiker van DNA door een zes-membered ring wordt vervangen en de phosphodiesterverbinding door een phosphorodiamidateverbinding wordt vervangen (fig. 3). Morfolino-oligonucleotiden zijn resistent tegen enzymatische degradatie en lijken te functioneren als antisense agenten door het arresteren van vertaling of het interfereren met pre-mRNA splicing in plaats van door RNase H te activeren . Zij zijn met succes geleverd aan cellen van de weefselkweek door methodes die fysiek het celmembraan verstoren, en één studie die verscheidene van deze methodes vergelijkt vond dat het schrapen-laden de meest efficiënte methode van levering was; nochtans, omdat de morpholino backbone uncharged is, zijn de kationische lipiden geen efficiënte bemiddelaars van morpholino oligonucleotidebegrijpen in cellen . Een recent rapport toonde triplexvorming door een morfolino-oligonucleotide aan en, wegens de niet-ionische ruggengraat, toonden deze studies aan dat morfolino-oligonucleotide in staat was tot triplexvorming bij afwezigheid van magnesium .

kationen spelen een belangrijke rol bij de vorming van drievoudige helix. Wanneer phosphodiester oligonucleotides als TFOs worden gebruikt, wordt magnesium over het algemeen vereist voor triplexvorming met purine en gemengd motief TFOs; het versnelt ook de reactie en stabiliseert triplex gevormd met pyrimidine motief TFOs . Er is aangetoond dat andere divalente kationen in dezelfde capaciteit functioneren als magnesium met betrekking tot triplexvorming . Magnesium komt voor bij een concentratie van ~ 0,8 mM in de cel en ~1,5 mM in het bloed , maar de meeste in vitro triplexreacties worden uitgevoerd in 5-10 mM MgCl2. Kalium komt in de cel voor bij een concentratie van ~ 140 mM en bij 4 mM in het bloed. De hoge concentraties van kalium kunnen triplexvorming met guanine-rijke oligonucleotides remmen die als TFOs worden ontworpen door andere secundaire structuren van DNA, zoals dimeren en quadruplexen te bevoordelen . Het zal noodzakelijk zijn om het beperkte vermogen van fosfodiëster TFOs te overwinnen om een triplex in laag magnesium en hoog kalium te vormen om hen onder fysiologische omstandigheden effectief te zijn. In een recente studie van morfolino TFOs, werd triplex vorming aangetoond in de afwezigheid van magnesium en in de aanwezigheid van kalium. Deze eigenschappen maken morpholino TFOS goede kandidaten voor verdere studie als antigene therapeutiek.

moleculaire modellering

TRIPLEXSTRUCTUUR van DNA kan worden geconstrueerd door moleculaire modelleringstechnieken met behulp van coördinaten die correct rekening houden met de suikerconstructie van (T,C)-motief drievoudige helices . Deze structuur is dichter bij een B-vorm DNA zoals gerapporteerd door NMR studies in vergelijking met de voorgestelde structuur , gebaseerd op de diffractie van de vezel Röntgenstraal. Het JUMNA-programma maakt het mogelijk DNA-structuren te construeren volgens hun spiraalvormige parameters . Een intercalatieplaats kan eenvoudig worden gecreëerd in het triplex door de stijgparameter voor twee aangrenzende T·A×T basisdrietallen te verdubbelen (stijging = 6,8 Å), en vervolgens de draaiparameter tussen deze twee drielingen te verlagen van 34° naar 16° om de bindingsafstand te verminderen.

met behulp van moleculaire modellering kan men de mogelijkheid aantonen om een parallelle drievoudige helix te vormen waarin de enkele streng interageert met de intacte duplex in de kleine groef, via nieuwe basisinteracties .

JUMNA gebruikt een mengsel van spiraalvormige en interne coördinaten (valentie en dihedrale hoeken) om nucleïnezuurflexibiliteit te beschrijven. De spiraalvormige parameters positioneren elk 3 ‘ monofosfaatnucleotide ten opzichte van een systeem met vaste as. De verbindingen tussen opeenvolgende nucleotiden worden gehandhaafd met kwadratische beperkingen op de afstanden van O5′-C5’. Naast een verminderd aantal variabelen met betrekking tot Cartesiaanse coördinatenprogramma ‘ s, maakt de keuze van fysiek betekenisvolle variabelen grote, gecoördineerde conformationele bewegingen mogelijk tijdens de minimalisatie, samen met een efficiënte controle van de structuur en eenvoudige introductie van beperkingen of beperkingen. De beschikbare hulpmiddelen omvatten zowel adiabatische mapping als combinatorische zoekopdrachten met betrekking tot gekozen structurele parameters. Bijzonderheden van het Flex-krachtveld zijn de aanwezigheid van een specifieke term om rekening te houden met de hoekafhankelijkheid van waterstofbinding en de mogelijkheid van elektrostatische energiescreening met een sigmoïdale diëlektrische functie , ε (R) =D-(D-D0)/2 exp (- RS), waarbij R de afstand tussen twee ladingen is. De helling S, de plateauwaarde op lange afstand D, en de beginwaarde D0 van de functie zijn instelbaar, met standaardwaarden van respectievelijk 0,16,80 en 1,waarbij gebruik wordt gemaakt van twee veronderstellingen die al zijn gebruikt voor het construeren van de kleine groef drievoudige helix . Ten eerste worden de basestriplets tegengehouden om coplanar te zijn om mogelijke InterBase-tripletinteracties te vermijden. Dergelijke interacties vormen zich gemakkelijk tijdens de bouw van uitgerekte helices, maar kunnen geen rol spelen in erkenning of bundeluitwisseling, aangezien deze processen onafhankelijk zijn van de totale volgorde. Er is gecontroleerd dat de geoptimaliseerde structuur van het triplex met kleine groeven onafhankelijk is van deze beperkingen. De tweede aanname, in lijn met de stoichiometrie van RecA/ DNA-complexen, die drie nucleotiden per RecA-monomeer toont, is het gebruik van trinucleotide spiraalvormige symmetrie. Om deze reden zijn de voorlopige studies beperkt tot opeenvolgingen met trinucleotide herhalen.

specifieke beperkingen of beperkingen zijn nodig voor triplex constructie en manipulatie. Deze omvatten de beperkingen van het “plateau” en de beperkingen van de trinucleotidesymmetrie, die eerder worden beschreven . Het” plateau ” -systeem handhaaft de co-planariteit van de basen die een triplet vormen, terwijl de rotaties en verschuivingen die nodig zijn voor het wisselen van basisparen worden toegestaan. De trinucleotide symmetriebeperking impliceert de gelijkwaardigheid van de variabelen die elke opeenvolgende groep van drie nucleotiden beschrijven. Het uitrekken van dsDNA, zodat de draai vermindert en de minder belangrijke groef opent eerder zijn bereikt door de afstand tussen de eindatomen O3′ van de trinucleotide-symmetrieeenheid te beperken. Dit beveiligingssysteem is enigszins gewijzigd omdat de afstand tussen O3′ en O3 ‘ kan worden gewijzigd door een zijdelingse verplaatsing van de rugbeenderen tijdens het wisselen van de strengen. In een recent werk werd alleen de component van de O3′-O3’ – Vector evenwijdig aan de helixas tegengehouden. De beperkingen op de groefbreedte, gekalibreerd met behulp van numerieke Poisson-Boltzmann elektrostatische berekeningen, werden gebruikt om vernauwing van de groeven te voorkomen door het ontbreken van expliciete oplosmiddelmoleculen .

basispaar-switching wordt bestudeerd door basisrotatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van de benadering die is gedefinieerd door Bernet et al . Dit houdt een beperking in die wordt toegepast op de hoek θ tussen de glycosidebinding (purine: C1 ‘- N9 of pyrimidine: C1′-N1) en de vector die de twee C1’ – atomen van een basispaar verbindt, geprojecteerd op het vlak loodrecht op een lokale spiraalas. θ heeft een waarde van 55° in canonieke B-DNA. Het modelleren van basispaar switching voor een gekozen basis impliceert een adiabatische variatie van θ van 65° tot 10° door stappen van 2° met behoud van zowel “plateau” en stretching beperkingen.

obstakels en beperkingen ondervonden bij triple helix vorming

biologische toepassingen van TFO ‘ s worden gecompromitteerd door fundamentele biofysische overwegingen, evenals beperkingen opgelegd door fysiologische omstandigheden. De triplexvorming impliceert de benadering en de band van een negatief geladen derde bundel aan dubbel-negatief geladen duplex. De neutralisatie van ladingsafstoting wordt typisch experimenteel verstrekt door niveaus van Mg++ (5-10 mM) die veel hoger zijn dan wat wordt verondersteld om in cellen beschikbaar te zijn . Bovendien, triplexvorming impliceert conformationele veranderingen aan de kant van de derde streng, en enige vervorming van de onderliggende duplex . Triplexen van het pyrimidinemotief zijn onstabiel bij fysiologische pH vanwege de behoefte aan cytosine-protonatie die optreedt bij relatief zure pH (PKA = 4,5). Dit is nodig voor de tweede Hoogsteen waterstofbinding, hoewel de resulterende positieve lading blijkbaar de belangrijkste bijdrage levert aan de triplex stabiliteit . De triplexen van het pyrimidinemotief die aangrenzende cytosines bevatten zijn vaak minder stabiel dan die met geïsoleerde cytosines. Traditioneel is dit toegeschreven aan last-last afstoting effecten, hoewel een recente studie suggereert onvolledige protonatie van aangrenzende cytosines kan de kritische factor zijn . Bovendien kunnen de derde bundels van het purinemotief (die G rijk zijn) tetrads van G in fysiologische niveaus van K+ vormen, die triplexvorming remmen . Al deze factoren leggen kinetische barrières op voor triplexvorming en verminderen de stabiliteit van triplexen eenmaal gevormd (de meeste triplexen, zelfs onder optimale omstandigheden in vitro, zijn minder stabiel dan de onderliggende duplex .

strategieën om de beperkingen tegen te gaan

het eerste en belangrijkste probleem bij de triplexantigeenstrategie is de instabiliteit van het triplex dat door de TFO ‘ s Onder fysiologische omstandigheden wordt gevormd, waardoor het gebruik van deze zeer fascinerende strategie voor gencorrectie in variabele mate wordt beperkt. Daarom zijn verschillende benaderingen en strategieën voorgesteld om stabiliteit te verlenen aan de drievoudige spiraalvormige structuur gevormd.

Oligonucleotide-gerichte drievoudige helices konden worden gestabiliseerd door gebruik te maken van nucleïnezuurliganden die selectief drievoudige helices stabiliseren. Er is bijvoorbeeld aangetoond dat ethidiumbromide een drievoudige helix van poly (dT)·poly (dA)× poly (dT) bindt en stabiliseert, die alleen triplets T·A×T bevat . Echter, deze verbinding stabiliseert (of zelfs destabiliseert) de drievoudige helices die zowel T·A×T en C·G×C+ basis triplets bevatten, waarschijnlijk als gevolg van elektrostatische afstoting . Benzopyridoindoolderivaten waren de eerste molecules die werden gemeld om dit laatste type van drievoudige helices sterk te stabiliseren hoewel zij een voorkeur voor T * A×T rekken hebben . Verscheidene andere intercalatoren evenals diverse minder belangrijke de groef ligands van DNA zijn ook getoond om aan drievoudige helices van DNA te binden. Bijvoorbeeld kunnen de drievoudige helices door chemische wijziging van oligonucleotides zoals worden gestabiliseerd, is psoralene in bijlage aan oligonucleotides getoond om hun biologische activiteit na UVstraling te verbeteren . Intercalatoren stabiliseren gewoonlijk in grotere mate drievoudige helices die T·A×T triplets bevatten, terwijl kleine groef bindmiddelen gewoonlijk triplexen destabiliseren, behalve in een bepaald geval waar de drievoudige helix een RNA-streng inhield . Omdat er geen structurele gegevens beschikbaar zijn over triple helix-ligand complexen, is er niet veel bekend over de interacties die specifieke intercalatie in triple helices leiden. BPI derivaten zijn aangetoond dat intercalate tussen T * A×T basis triplets door excitatie fluorescentie energieoverdracht van basis triplets naar liganden en door lineair en cirkelvormig dichroïsme . Pyrimidine-parallelle morfolino oligonucleotiden werden gevonden om een triplex met duplexdoel te kunnen vormen. Zoals verwacht, vereist dit motief een lage pH voor triplex vorming, zoals vereist door de pyrimidine-parallelle motief fosfodiëster TFO. Het kan mogelijk zijn om deze pH-afhankelijkheid te overwinnen met substituties zoals 5-methylcytosine voor de cytosines in de TFO .

een alternatieve benadering waarbij drievoudige helices kunnen worden gestabiliseerd is via chemische modificaties van oligonucleotiden, zoals covalente hechting van een acridine-molecuul . Er is aangetoond dat acridine-substitutie de remming van restrictinenzym-splitsing sterk verhoogt en ook de sequentiespecificiteit voor triplexvorming niet aantast .

toepassingen van Triple Helix DNA

de vorming van intermoleculaire DNA triple helices biedt de mogelijkheid om verbindingen te ontwerpen met uitgebreide sequentieherkenningseigenschappen, die nuttig kunnen zijn als antigeen of gereedschap in de moleculaire biologie . In het afgelopen decennium is er een nieuwe benadering waarbij DNA-analogen als therapeutische middelen worden gebruikt in de medische chemie. Dit is gebaseerd op het reguleren van expressie van genen van ziekte-gerelateerde eiwitten/enzymen door het blokkeren van hun transcriptie (antigeen) of vertaling (antisense) (fig. 4). Het wordt beà nvloed door opeenvolging-specifieke band van complementaire oligonucleotides aan of duplex van DNA via triplexvorming om productie van mRNA te remmen of in de vertaling van laatstgenoemde aan proteã nen te mengen. Aangezien oligonucleotiden cellen niet gemakkelijk ingaan en vatbaar zijn voor vernietiging door cellulaire nucleases, wordt een verscheidenheid van chemisch gewijzigde analogen van oligonucleotiden ontworpen, samengesteld en geëvalueerd voor ontwikkeling als therapeutische agenten.

de specifieke herkenning van homopurine-homo pyrimidine regio ’s in duplex DNA door triplex-vormende oligonucleotiden (TFO’ s) biedt een aantrekkelijke strategie voor genetische manipulatie, met als uiteindelijk doel het herstellen van genetische defecten in menselijke cellen. De capaciteit om veranderingen te richten kan nuttig, als hulpmiddel voor het bestuderen van de reparatie van DNA, en als techniek voor gentherapie en genetische manipulatie blijken .

efficiënte hulpmiddelen op basis van drievoudige helices werden ontwikkeld voor verschillende biochemische toepassingen, zoals de ontwikkeling van zeer specifieke kunstmatige nucleasen. De antigeenstrategie blijft één van de meest fascinerende gebieden van triplextoepassing om genuitdrukking selectief te controleren (Tabel 1). Het richten van genomic opeenvolgingen wordt nu bewezen om een waardevol concept op een nog beperkt aantal studies te zijn; lokale mutagenese is in dit opzicht een interessante toepassing van triplex-vormende oligonucleotides, op celculturen .

Table 1: Antigeennucleïnezuurstudies binnen eukaryotische Cellen80

Antigeenstrategieën richten zich voornamelijk op gentargeting door homologe recombinatie of door drievoudige helixvormende oligodeoxynucleotiden . Om vele technische redenen, waaronder de zeer beperkte gentoegankelijkheid binnen de sterk malariacondenseerde, eiwitomwikkelde chromosomale structuur, is de klinische toepassing van deze methoden niet snel gevorderd. Kielkopf et al hebben onlangs een alternatieve benadering beschreven, waarbij polyamiden worden gebruikt die in de kern kunnen diffunderen en specifieke DNA-sequenties kunnen herkennen . Hoewel zeer spannend, deze methodologie is nog in de kinderschoenen en de uiteindelijke klinische nut blijft onbekend .

therapeutische toepassingen van antigeentechnologie

Triple helix DNA heeft de aandacht getrokken vanwege mogelijke toepassing van TFO ‘ s als therapeutische middelen, voor toepassing zoals intracellulaire gen targeting, als rationele chemische oplossingen voor sequentiespecifieke herkenning van een DNA-duplex en identificatie van genen die verantwoordelijk zijn voor celgroei en maligne transformatie . Met deze kennis is een natuurlijk verlangen ontstaan om deze informatie te vertalen naar nieuwe, doelspecifieke therapeutische strategieën voor de behandeling van kanker, hart-en vaatziekten en andere veel voorkomende ziekten van de mensheid (Tabel 2). De recente ontwikkeling van een relatief specifieke biochemische remmer van het BCR/abl eiwit tyrosinekinase bij patiënten met chronische myelogene leukemie is een verbluffend voorbeeld van deze zoektocht . Voor therapieën die direct gericht zijn op het vervangen, herstellen of uitschakelen van ziekteverwekkende genen, is de vooruitgang veel langzamer en moet een succes worden bereikt dat gelijkwaardig is aan de biochemische BCR/abl-remmer. De redenen hiervoor zijn complex en variëren met het type Gen-gerichte therapie die wordt gebruikt .

Tabel 2: sommige ziekten die vatbaar zijn voor behandeling met DNA-therapeutica

Stephenson en Zamecnik toonden aan dat een kort (13nt) DNA-oligonucleotide reverse complementary in sequence (antisense) to the Rous sarcoom virus virale replicatie in cultuur. Één van de belangrijkste eigenschappen van antisense en antigene oligonucleotides in hun gebruik als therapeutiek is hun nucleaseweerstand. Phosphorothioate oligonucleotides zijn het gemeenschappelijkste type van oligonucleotides die vrij hoge nucleaseweerstand hebben en aan de markt als drugs tegen cytomegalovirus-veroorzaakte retinitis zijn geà ntroduceerd . Oligonucleotiden met een 2′-O,4′ – C-ethyleen nucleïnezuur (ENA) residu op de tweede positie van de 3 ‘ eind vertonen veel hogere nucleaseweerstand dan die met een gesloten nucleïnezuur (LNA) residu op dezelfde positie .

hoewel Kurreck et al rapporteerden dat LNA-oligonucleotiden stabiel waren in het humane serum , waren gedeeltelijk gemodificeerde Ena-oligonucleotiden veel meer nucleaseresistent dan LNA-oligonucleotiden in rattenplasma. Bovendien tonen oligonucleotiden die contiguously met Ena-residuen aan het eind van 3 ‘en 5’ meer stabiliteit dan die gedeeltelijk worden gewijzigd. Aldus, Ena oligonucleotides hebben hoog potentieel als antisense en antigene agenten die in vivo kunnen worden gebruikt . De opeenvolging-specifieke triplexvorming kan voor Gen het richten, gen het tot zwijgen brengen en mutagenese worden toegepast .

toekomstperspectieven

oligonucleotiden kunnen site-specifiek binden aan een doelgen van belang door triple helix vorming. Triplex-vormende oligonucleotides worden momenteel ontworpen om aan het gen HER-2 (menselijke epidermale receptor 2 van de de groeifactor)/ neu te binden, een gen dat in een grote verscheidenheid van menselijke tumors, met inbegrip van niet kleincellige longkanker, borstkanker, ovariale kanker, en GI tumors over-uitgedrukt is. Deze strategie zal breed toepasbaar zijn om de expressie van vele oncogenen of andere kankergerelateerde genen te voorkomen. Deze “antigene” oligonucleotides worden nu gebruikt om DNA-alkylating agenten aan specifieke basissen in de promotor van HER-2/neu en codageopeenvolging te leveren, om transcriptieinitiatie en verlenging te verhinderen. In het bijzonder, zijn triplex-vormende oligonucleotides gebruikt om stikstofmosterd, zoals chlorambucil, aan een specifieke guaninebasis in het gen HER-2/neu te leveren om genuitdrukking te verhinderen. Doel-specifieke anti-kanker strategie met antigene oligonucleotiden gekoppeld aan DNA actieve drugs zal blijken te zijn een mijlpaal in de nabije toekomst.

1. Thuong, N. T. en Helene, C., Angew. Scheikunde. Int., 1993, 32, 666
2. Mirkin, S. M. en Frank-Kamenetskii, M. D., Annu. Rev. Biophys.Biomol. Struct., 1994, 23, 541.Patrizia, A., Paola B. A., Jean-Louis, M., Therese G., Claude H. andJian-Sheng S., Nucl. Zuur. Res., 2002, 30, 5407.
3. Sun, J. S. en Helene, C., Curr. Opin. Struct. Biol., 1994, 3, 345.
4. Le Doan, T., Perrouault, L., Praseuth, D., Habhoub, N., Decout, J. L., Thuong, N. T., Lhomme, J. en Helene, C., Nucl. Zuur. Res., 1987,15, 7749.
5. Moser, H. E. en Dervan, P. B., Science, 1987, 238, 645.
6. Beal, P. A. en Dervan, P. B., Science, 1991, 251, 1360.
7. Pilch, D. S., Levenson, C. and Shafer, R. H., Biochemistry, 1991, 30.6081.DeBizemont, T., Duval-Valentin, G., Sun, J. S., Bisagni, E., Garestier, T. en Helene, C., Nucl. Zuur. Res., 1996, 24, 1136.
8. McGuffie, E. M. en Catapano, C. V., Nucl. Zuur. Res., 2002, 30,12, 2701.Basye, J., Trent, J. O., Gao, D. en Ebbinghaus, S. W., Nucl. Zuur.Res., 2001, 29, 4873.
9. Helene, C. and Toulme, J. J., Biochem. Biophys. Acta., 1990,1049, 99.
10. Helene, C., Eur. J. Cancer, 1994, 30, 1721.
11. Stein, C. A. en Cheng, Y. C., Science, 1993, 261, 1004.Wagner, R. W., Nature, 1994, 372, 333.
12. Praseuth, D., Guieysse, A. L., Helene, C., Biochem. Biophys.Acta., 1999, 1489, 181.Sun, J. S., DeBizemont, T., Duval-Valentin, G., Montenay-Garestier, T. en Helene, C., C. R. Acad. Sci., 1991, 313, 585.
13. Gamper, H. B. J., Kutyavin, I. V., Rhinehart, R. L., Lokhov, S. G., Reed, M. W. and Meyer, R. B., Biochemistry, 1997, 36, 14816.Eder, P. S., DeVine, R. J., Dagle, J. M. en Walder, J. A., AntisenseRes. Dev., 1991, 1, 141.
14. Fisher, T. L., Terhorst, T., Cao, X. and Wagner, R. W., Nucl. Zuur.Res., 1993, 21, 3857.
15. Stein, D., Foster, E., Huang, S. B., eller AcidDrugDev., 1997, 7, 151.
16. Summerton, St AcidDrugDev., 1997, 7, 63.
17. Summerton, Antis Zuurdrugdev., 1997, 7, 187.
18. Hudziak, R. M., Barofsk. Zuurdrugdev., 1996, 6,267.
19. Ghosh, C., Stein, D., eller, 2000, 313, 135.
20. Giles, R.V., Spiller, D.G., Clark, R.E. and Tidd, D.M., AntisenseNucl. AcidDrugDev., 1999, 9, 213.
21. Ghosh, C. and Iversen, P.L., AntisenseNucl. AcidDrugDev.,2000, 10, 263.
22. Lacroix, L., Arimondo, P.B., Takasugi, M., Helene, C. and Mergny,J.L., Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, 270, 363.
23. Rougee, M., Faucon, B., Mergny, J.L., Barcelo, F., Giovannangeli, C.,Garestier, T. and Helene, C., Biochemistry, 1992, 31, 9269.
24. Maher, L.J., Dervan, P.B. and Wold, B.J., Biochemistry, 1990, 29,8820.
25. Singleton, S.F. and Dervan, P.B., Biochemie, 1993, 32, 13171.Blume, S. W., Lebowitz, J., Zacharias, W., Guarcello, V., Mayfield, C. A., Ebbinghaus, S. W., Bates, P., Jones, D. E., Trent, J. andVigneswaran, N., Nucl. Zuur. Res., 1999, 27, 695.Darnell, J., Lodish, H. and Baltimore, D., in; Molecular CellBiologyScientific American Books, New York, 1990, 531.
26. Suda, T., Mishima, Y., Asakura, H. en Kominami, R., Nucl. Zuur.Res., 1995, 23, 3771.Olivas, W. M. and Maher, L. J., Nucl. Zuur. Res., 1995, 23, 1936.
27. Svinarchuk, F., Cherny, D., Debin, A., Delain, E. en Malvy, C., Nucl.Zuur. Res., 1996, 24, 3858.Faruqi, A. F., Krawczyk, S. H., Matteucci, M. D. en Glazer, p. m., Nucl. Zuur. Res., 1997, 25, 633.Blume, S. W., Guarcello, V., Zacharias, W. en Miller, D. M., Nucl.Zuur. Res., 1997, 25, 617.
28. Ouali, M., Letellier, R., Adnet, F., Liquier, J., Sun, J. S., Lavery, R. andTaillandier, E., Biochemistry, 1993, 32, 2098.
29. Macaya, R. F., Schultze, P. en Feigon, J., J. Amer. Scheikunde. Soc.,1992, 114, 781.
30. Radhakrishnan, I. en Patel, D. J., Biochemistry, 1994, 33, 11405.Arnott, S., Bond, P. J., Selsing, E. and Smith, P. J. C., Nucl. Zuur.Res., 1976, 3, 2459.
31. Lavery, R. and Sklenar, H., J. Biomol. Struct. Dyn., 1988, 6, 63.
32. Bertucat, G., Lavery, R. and Prevost, C., J. Biomol. Struct. Dyn.,1998, 16, 535.
33. Lavery, R., Peyrard, M., Eds. In; Non-Linear Excitation inBiomolecules, Springer-Verlag, Editions de Physique, Berlin and NewYork, 1995, 57.Hingerty, B. E., Richtie, R. H., Ferrell, T. L. en Turner,J. E., Biopolymers, 1985, 24, 427.Bernet, J., Zakrzewska, K. En Lavery, R., J. Mol. Struct.Theochem., 1997, 398-399, 473.
34. Pesco, J., Salmon, J. M., Vigo, J. en Viallet, P., Anaal. Biochem.,2001, 290, 221.Gilbert, D. E. and Feigon, J., Curr. Opin. Struct. Biol., 1990, 9, 305.
35. 50. Shimizu, M., Konishi, A., Shimada, Y., Inoue, H., en Ohtsuka, E., FEBS. Lett., 1992, 302, 155.Asensio, J. L., Carr, R., Brown, T. and Lane, A. N., J. Amer.Scheikunde. Soc., 1999, 121, 11063.Asensio, J. L., Lane, A. N., Dhesi, J., Bergqvist, S. en Brown, T., J. Mol. Biol., 1998, 275, 811.Volker, J. and Klump, H. H., Biochemistry., 1994,33, 13502 .
36. Sugimoto, N., Wu, P., Hara, H. en Kawamoto, Y., Biochemistry.,2001, 40, 9396.
37. Arimondo, P. B., Garestier, T., Helene, C. en Sun, J. S., Nucl. AcidRes., 2001, 29, 15.Michael, M., Seidman, M. M. en Peter, M. G., J. Clin.Investeren., 2003,112, 487.
38. Panas Scaria, P. V. and Shafer, R. H., J. Biol. Scheikunde., 1991, 266,5417.mergny, J. L., Collier, D., Rougee, M., Montenay-Garestier, T. andHelene, C., Nucl. Zuur. Res., 1991, 19, 1521.
39. 59. Mergny, J. L., Duval-Valentin, G., Nguyen, C. H., Perrouault, L., Faucon, B., Rougee, M., Montenay-Garestier, T., Bisagni, E. andHelene, C., Science, 1992, 256, 1681.
40. Lee, J. S., Latimer, L. J. P. and Hampel, K. J., Biochemistry, 1993, 32,5591.
41. Park, Y. W. and Breslauer, K. J., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1992, 89, 6653.Durand, M., Thuong, N. T. en Maurizot, J. C., J. Biol. Scheikunde., 1992,267, 24394.Durand, M., Thuong, N. T. en Maurizot, J. C., J. Biomol. Struct.Dyn., 1994, 11, 1191.Kulka, M., Smith, C. C., Aurelian, L., Meade, K., Miller, P. and Ts ‘ o, P. O. P., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1989, 86, 6868.Chang, E. H., Miller, P. S., Cushman, C., Devdas, K., Pirolo, K. F. ,ts ‘ op. O. P. and Yu, Z. P., Biochemie, 1991, 30, 8283.
42. Pilch, D. S. and Breslauer, K. J., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1994, 91, 9332.Pilch, D. S., Waring, M. J., Sun, J. S., Rougee, M., Nguyen, C. H., BisagniE., Garestier, T. en Helene, C., J. Mol. Biol., 1993, 232, 926.
43. Kim, S. K., Sun, J. S., Garestier, T., Helene, C., Bisagni, E., Rodger, A. and Norden, B., Biopolymers, 1997, 42, 101.Lin, S. B., Kao, C. F., Lee, S. C. en Kan, L. S., AnticancerDrugDes., 1994, 9, 1.Grigoriev, M., Praseuth, D., Robin, P., Hemar, A., Saison-Behmoaras, T., Dautry-Varsat, A., Thuong, N. T. en Helen, C., Proc. Natl.Acad. Sci. U. S. A., 1991, 88, 3389.Grigoriev, M., Praseuth, D., Robin, P., Hemar, A., Saison-Behmoaras, T., Dautry-Varsat, A., Thuong, N. T., Helen, C. en Harel-Bellan, A., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1992, 267, 3389.
44. Gowers, D. M. and Fox, K. R., Nucl. Zuur. Res., 1999, 27, 1569.
45. 73. Nagatsugi, F., Sasaki, S., Miller, P. S. en Seidman, M. M., Nucl.Zuur. Res., 2003, 15, 31.
46. Melton, D. W., BioEssays, 1994, 16, 633.
47. Helene, C., Cancer, 1994, 30, 1721.
48. Majumdar, A., Khorlin, A. en Dyatkina, N., Nat. Genet., 1998, 20,212.
49. Kielkopf, C. L., Baird, E. E. en Dervan, P. B., Nat. Struct. Biol.,1998, 5, 104.
50. Alan, M. en Gewirtz, M. D., J. Clin. Oncol., 2000, 18, 1809.
51. Rao, N. R. en Nalluri, B. N., Ind. J. Pharm. Edu., 2003, 37, 132.
52. Varmus, H. E., I. Biosci. Rep., 1990,10,413.Fearon, E. R. and Dang, C. V., Current Biol., 1999, 9, R62.
53. Hahn, W. C., Counter, C. M. en Lundberg, A. S., Nature, 1999, 400,464.
54. Druker, B. J. en Lydon, N. B., J. Clin. Investeren., 2000, 105, 3.
55. Stephenson, M. L. en Zamecnik, P. C., Proc. Natl. Acad. Sci.U. S. A., 1978, 75, 285.
56. Gear ge Farmacokinet.,2002, 41, 255.
57. Morita, K., Hasegaw Med. Scheikunde.Lett., 2002, 12, 73.
58. Kurreck, Nu Acid.Res., 2002, 30, 1911. Koizumi, M., Morita, K., Daigo, M., Tsutsumi, S., Abe, K., Obika, S. en Imanishi, T., Nucl. Zuur. Res., 2003, 31, 3267.