Олігонуклеотид
Олігонуклеотид (від грец. ολιγος — малий, від лат. nucleus — ядро, англ. oligonucleotide) — невеликий, короткий фрагмент РНК або ДНК, отриманий шляхом розщеплення більш довгих полінуклеотидів або шляхом хімічного синтезу. Використовуються у якості праймерів чи ДНК-зондів. Олігонуклеотиди модулюють експресію генів через сполучення основ Уотсона-Кріка з цільовими нуклеїновими кислотами.[1]
Основні характеристики ред.
Спарені основи нуклеотидів можна як еквіваленти мономерів, утворюють класичні хімічні полімери. Нуклеотид складається з трьох елементів: азотовмісної основи, молекули сахарози з п'ятьма атомами вуглецю (два елементи утворюють нуклеозид) і однієї або декількох фосфатних груп. З іншого боку, нуклеотиди можуть складатися з неприродних чи неканонічних основ. Серед типових прикладів можна назвати ЗНК (замкнені нуклеїнові кислоти), морфолінові олігонуклеотиди та видозмінені основи або каркаси молекул.
Складні послідовності нуклеотидів утворюють важливі біомолекули РНК та ДНК. У разі РНК, що є одноланцюжковим біополімером, місце сахарози займає рибоза. До складу дволанцюгової молекули ДНК входить дезоксирибоза. Структурними елементами важливих олігонуклеотидів є короткі послідовності дезоксирибонуклеїнових та рибонуклеїнових кислот. Певні послідовності цих нуклеотидів утворюють цільові біомолекули, що використовуються для біологічних, медичних та клінічних завдань.[2] Довжину олігонуклеотиду зазвичай позначають «-mer» (від грец. meros — частина). Наприклад, олігонуклеотид з шести нуклеотидів (nt) є гексамером, тоді як один з 25 нуклеотидів зазвичай називають «25-mer».
Синтез олігонуклеотидів ред.
Хімічний синтез олігонуклеотидів найбільш ефективний у твердофазному варіанті, заснованому на фосфорамідітних будівельних блоках. Синтез олігонуклеотидів значною мірою автоматизований. Інші методи, такі як фосфодіефірний метод, фосфотріефірний метод або H-фосфонатний метод, становлять в основному історичний інтерес і застосовуються вкрай рідко.
Хімічний синтез олігонуклеотидів реалізується на твердому носії покроковим додаванням відповідним чином активованих і захищених нуклеозидних будівельних блоків, доки не буде отримана задана послідовність. Далі всі захисні групи, необхідні у процесі елонгації ланцюга, видаляються одночасно з від'єднанням олігонуклеотида від твердої підкладки. Довжина та чистота продукту визначається якістю зв'язування та видалення захисних груп.
Функція олігонуклеотидів ред.
Олігонуклеотиди використовуються як зонди для виявлення послідовностей, комплементарних до олігонуклеотидів. Коли потрібно виявити певну послідовність, комплементарний олігонуклеотид синтезується в лабораторії і потім зв'язується з флуоресцентним маркером.[3] Отже, олігонуклеотиди легко зв'язуються специфічним для послідовності способом з відповідними комплементарними олігонуклеотидами, ДНК або РНК, утворюючи дуплекси або, рідше, гібриди вищого порядку. Приклади процедур, для яких використовують олігонуклеотиди включають мікрочипи ДНК, Саузерн-блоти, аналіз ASO, флуоресцентну гібридизацію in situ (FISH), ПЛР та синтез штучних генів.
Хімічні модифікації олігонуклеотидів ред.
Розвиток біотехнології та медицини викликав особливий інтерес до модифікованих олігонуклеотидів. Останні умовно поділяються на аналоги й кон'югати олігонуклеотидів. Кон'югатами вважають продукти ковалентного зв'язування олігонуклеотидів з іншими молекулами зі специфічними властивостями — флуоресцентними, афінними та спіновими мітками, ліпофільними і транспортними групами, білками й пептидами, хімічними нуклеазами тощо. Аналогами ж називають олігонуклеотиди, що містять модифіковані елементи власної структури — гетероциклічні основи, вуглеводні залишки чи фосфодиефірні зв'язки.
Модифікація олігонуклеотидів сьогодні можлива практично по будь-якому положенню. Це 5'-та 3'-кінцеві гідроксильні групи, міжнуклеотидні фосфати, рідше аміногрупи та лактамні функції гетероциклічних основ, положення С-8 пуринів і С-5 піримідинів, С-2' вуглеводного фрагмента, в окремих випадках положення С-1' і С-4' залишку дезоксирибози нуклеозидів.
Крім хімічних методів модифікації олігонуклеотидів, існують і ферментативні підходи. Вони обмежені субстратами, які може використовувати фермент, найчастіше ДНК-полімераза І E. coli та дезоксинуклеотид-трансфераза. Перший застосовують для модифікації будь-якого положення олігонуклетиду з використанням комплементарної матриці, другий — для модифікації 3'-кінця олігомеру без матриці. Субстратами є модифіковані нуклеозидтрифосфати, в які введено репортерну групу. Ферментативний синтез широко застосовують при детекції ДНК із уведенням флуоресцентних міток чи біотину за допомогою ПЛР.[4]
Зноски ред.
- ↑ Oligonucleotide - an overview | ScienceDirect Topics. www.sciencedirect.com. Процитовано 7 липня 2022.
- ↑ reserved, Mettler-Toledo International Inc all rights. Синтез олигонуклеотидов. www.mt.com (рос.). Процитовано 7 липня 2022.
- ↑ What is an Oligonucleotide?. News-Medical.net (англ.). 22 вересня 2010. Процитовано 7 липня 2022.
- ↑ Дубей, І.Я. (2006). Кон’югати олігонуклеотидів з інтеркаляторами: синтез та біологічна активність (PDF). https://www.bioorganica.org.ua/UBAdenovo/pubs_4_1_06/Dubey_UBA_4_1_06.pdf (українська) . І.Я. Дубей. Процитовано 08.07.2022.