Summary

Nucleosídeos Trisfosfatos - Da síntese à Caracterização Bioquímica

Published: April 03, 2014
doi:

Summary

O protocolo aqui descrito visa explicar e resumir os numerosos obstáculos no caminho da rota intrincada levando a trifosfatos de nucleosídeos modificados. Consequentemente, este protocolo facilita tanto a síntese desses blocos de construção ativados e sua disponibilidade para aplicações práticas.

Abstract

A estratégia tradicional para a introdução de funcionalidades químicas é a utilização de síntese em fase sólida, anexando precursores fosforamideto adequadamente modificados para a cadeia nascente. No entanto, nas condições utilizadas durante a sintese e a restrição de sequências curtas em vez dificultar a aplicabilidade desta metodologia. Por outro lado, trifosfatos de nucleósidos modificados são activados os blocos de construção que têm sido empregues para a introdução suave de numerosos grupos funcionais nos ácidos nucleicos, uma estratégia que abre o caminho para a utilização de ácidos nucleicos modificados numa paleta ampla de aplicações práticas como marcação funcional e geração de ribozimas e DNAzymes. Um dos maiores desafios reside na complexidade da metodologia conduz ao isolamento e caracterização destes análogos de nucleósidos.

Neste artigo de vídeo, que apresentam um protocolo detalhado para a síntese de these análogos modificados utilizando reagentes baseados em fósforo (III). Além disso, o procedimento para a sua caracterização bioquímica é divulgada, com uma ênfase especial em reações de extensão de primers e polimerização tailing TdT. Este protocolo detalhado será de uso para a elaboração de dNTPs modificados e seu posterior uso em biologia química.

Introduction

Trifosfato 5'-nucleosídeos ((d) PNT) representam uma classe de biomoléculas vitais que estão envolvidos em inúmeros processos e funções que vão desde a ser a moeda universal de energia para os reguladores do metabolismo celular. Em adição ao seu papel nestas transformações biológicas fundamentais, os seus homólogos modificados têm avançado como uma plataforma versátil e leve para a introdução de grupos funcionais em oligonucleótidos, uma metodologia bem que complementa a síntese em fase sólida automatizada, que é normalmente aplicada 1,2. De fato, desde que os (d) PNT pode atuar como substratos para RNA e DNA polimerases 3, uma grande variedade de grupos funcionais, incluindo aminoácidos 4-13, ácidos borónico 14,15, nornbornene 16, resíduos diamantóides-17, como cadeias laterais de organocatálise 18, ácidos biliares, e até 19 oligonucleótidos 20 pode ser introduzido em oligonucleótidos.

_content "> Além de representar um vetor conveniente para a funcionalização de ácidos nucleicos, dNTPs modificados podem ser envolvidos em SELEX e outros métodos combinatórios relacionados de seleção in vitro para a geração de ácidos nucleicos catalíticos modificados 21-30 e aptâmeros para diversas aplicações práticas 10, 31-36. As cadeias laterais adicionais que são introduzidos através da polimerização dos dNTP modificados são pensados ​​para aumentar o espaço químico que pode ser explorada durante uma experiência de selecção e completar o arsenal funcional bastante pobre de ácidos nucleicos 37. No entanto, apesar destas características atraentes e os recentes progressos realizados no desenvolvimento de ambos sintéticos e métodos analíticos, universalmente aplicável e os procedimentos de alto rendimento existe para a elaboração de trifosfatos de nucleosídeos modificados 2,38.

O objetivo do presente protocolo é o de lançar luz sobre a (às vezes) os procedimentos intrincados líder to a síntese e caracterização bioquímica destes blocos de construção activadas (Figura 1B). Especial ênfase será dada em todos os detalhes sintéticos que muitas vezes são difíceis de encontrar ou estão ausentes nas seções experimentais, mas são ainda fundamentais para a conclusão bem sucedida da via sintética levando ao isolamento de pura (d) PNT (Figura 1).

Protocol

1. Síntese dos nucleósidos modificados Trisfosfatos A abordagem sintética escolhido segue o procedimento desenvolvido por Ludwig e Eckstein uma vez que este método é geralmente fiável e conduz a muito poucos sub-produtos secundários (Figura 1A) 39. Coevaporate do nucleósido apropriadamente protegido-3'-OAc (tipicamente 0,1 mmol) duas vezes com piridina anidra (2 ml) e, em seguida, seco sob vácuo durante a noite. Ao mesmo tempo, o pirofosfat…

Representative Results

Trifosfatos de nucleosídeos modificados são atraentes alvos sintéticos, uma vez que permitem a introdução fácil de um vasto leque de grupos funcionais em ácidos nucléicos 41. No entanto, o isolamento e caracterização desses blocos de construção é frequentemente activadas revelaram ser difícil. Consequentemente, os resultados aqui apresentados são pensados ​​para oferecer uma mão amiga para acompanhar as diversas etapas dentro dos procedimentos sintéticos e bioquímicos acima mencionados <…

Discussion

A inclusão de modificações nos ácidos nucléicos é de interesse para inúmeras aplicações práticas, incluindo o desenvolvimento de agentes anti-senso e antigène 42,43, rotulagem e etiquetagem funcional de oligonucleotídeos 41, e em esforços para expandir o alfabeto genético 44-46. Alterações químicas e grupos funcionais são geralmente introduzidas em ácidos nucleicos por aplicação de protocolos de síntese em fase sólida padrão e automatizadas. No entanto, os blocos …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado pela Fundação Swiss National Science (Grants n ° PZ00P2_126430 / 1 e PZ00P2_144595). Prof C. Leumann é reconhecido agradecimento por fornecer o espaço e equipamentos de laboratório, bem como pelo seu apoio constante. Ms. Sue Knecht é reconhecido por discussões frutíferas.

Materials

tributylammonium pyrophosphate  Sigma Aldrich P8533 Hygroscopic solid, keep under Ar
2-chloro-1,3,2-benzodioxaphosphorin-4-one  Sigma Aldrich 324124 Moisture sensitive
Pyridine Sigma Aldrich 82704 Under molecular sieves
Dioxane Sigma Aldrich 296309 Under molecular sieves
dimethylformamide (DMF) Sigma Aldrich 40248 Under molecular sieves
Acetonitrile  Fisher Scientific HPLC grade
Triethylamine Sigma Aldrich 90342
Tributylamine Sigma Aldrich 90781
ddH2O Milli-Q deionized and purified water, autoclaved in the presence of Diethylpyrocarbonate (DEPC)
Diethylpyrocarbonate (DEPC) Sigma Aldrich 159220
D2O Cambridge Isotope Laboratories, Inc. DLM-4-25
Biochemical reagents
g-[32P]-ATP Hartmann Analytics FP-301
Natural dNTPs Promega U1420
Vent (exo) DNA polymerase NEB M0257S
DNA polymerase I, Large (Klenow) Fragment NEB MO210S
9°Nm DNA polymerase NEB MO260S
Terminal deoxynucleotidyl Transferase (TdT) Promega M828A
Pwo DNA polymerase Peqlab 01 01 5010
T4 PNK Thermo Scientific EK0032
Acrylamide/bisacrylamide (19:1, 40%) Serva 10679.01
Agarose Apollo Scientific BIA1177
G10 Sephadex Sigma G10120
Urea Apollo Scientific BIU4110
Equipment
Jupiter semi-preparative RP-HPLC column (5m C18 300Å) Phenomenex
Gene Q Thermal Cycler Bioconcept BYQ6042E
PCR vials Bioconcept 3220-00
HPLC system Amersham Pharmacia Biotech Äkta basic 10/100
Oligonucleotides
All oligonucleotides were purchased from Microsynth and purified by PAGE
5'-CAAGGACAAAATACCTGTATTCCTT P1
5'-GACATCATGAGAGACATCGCCTCTGGGCTAAT-AGGACTACTTCTAATCTGTAAGAGCAGATCCCTGG-ACAGGCAAGGAATACAGGTATTTTGTCCTTG T1
5'-GAATTCGATATCAAG P2
More information on experimental procedures and equipment can be found in the following articles:
Chem. Eur. J. 2012, 18, 13320 – 13330
Org. Biomol. Chem. 2013, DOI: 10.1039/C3OB40842F.

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Citazione di questo articolo
Hollenstein, M., Smith, C. C., Räz, M. Nucleoside Triphosphates – From Synthesis to Biochemical Characterization. J. Vis. Exp. (86), e51385, doi:10.3791/51385 (2014).

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