Protocolo para síntese de fase sólida de oligómeros de ARN contendo um 2'-<em> O</em> -tiofenilmetilo Modificação e Caracterização através do Dicroísmo Circular

A síntese em fase sólida para obter oligonucleótidos de DNA / RNA é uma ferramenta poderosa que serviu várias aplicações em vários campos desde a década ^de 1970 ^{1 , 2 , 3} usando blocos de construção de fosforamidita ⁴ . Exemplos de sua ampla influência incluem: seu impacto na rotulagem ( através de reações de química de clique) ⁵ , sondagem estrutural ⁶ e tecnologias anti-sentido ⁷ , bem como a elucidação de mecanismos biológicos ^{8 , 9} , fonte como material genético ¹⁰ e o estudo de Várias modificações naturais e / ou químicas ^{11 , 12} , entre muitos outros. A modificação que usamos aqui representa o primeiro passo em nossos esforços para obter oligonucleótidos de RNA que contenhamSondas fotoativas para permitir o controle temporal da estrutura e função deste importante biopolímero.

A síntese de dodecamers de ARN com sequências: 5 '- [CUA CG G A UA CAU] -3' / 5 '- [agosto AUU CCG UAG] -3' (posições sublinhadas representam a incorporação de uma modificação -thiophenylmethyl C2'- ó ) Constitui o foco deste estudo. As seqüências foram escolhidas para permitir a quantificação e medição de fios de ARN como fios simples, ou como suas estruturas duplex correspondentes (nenhuma outra estrutura secundária foi prevista como termodinamicamente estável). O CD foi utilizado para estabelecer os parâmetros estruturais, ou seja , a formação do duplex e as transições de desnaturação térmica.

Síntese
O procedimento geral para a obtenção destes oligonucleótidos é ilustrado na Figura 1 e segue o processo passo a passo: Síntese de fase sólida automatizada → DeprOteção → Purificação → Quantificação → Caracterização. A Figura 2 mostra as unidades monoméricas que são necessárias neste procedimento. A síntese em fase sólida do RNA é semelhante à do DNA, na medida em que se baseia na química da fosforamidite ( Figura 2 , à esquerda) e na utilização de grupos protectores base-labileis para as aminas exocíclicas nucleófilas em G, A e C, eg , Acetilo, benzoílo, fenoxiacetilo, t- butilo ou N , N- dimetilformamida ( Figura 2 , à direita). Mais um aspecto a considerar no RNA, devido à presença do grupo C2'-OH (faltando nos biopolímeros desoxioligonucleotídicos), é o passo adicional que deve ser incorporado para proteção e posterior desproteção desta posição nucleofílica. A este respeito, os grupos de proteção baseados em silício tornaram-se uma estratégia atraente devido ao seu potencial como porções biortogonais (especificamenteE desprotegido na presença de fluoreto), com os grupos terc- butildimetilsililo (TBDMS) e triisopropilsililoximetilo (TOM) como escolhas populares ( Figura 2 , inferior esquerda).

Neste trabalho, a síntese automatizada foi realizada em um sintetizador de DNA / RNA que usa química padrão de fosforamidite. As configurações do fabricante no instrumento incluem um passo de diluição automatizado ao usar as versões comerciais dos fosforamiditos para o DNA ou a opção de diluir nos volumes configurados pelo usuário. No entanto, decidimos pesar o ARN fosforamidito e diluir manualmente, dado que: 1) o preço dos fosforamiditos canônicos do RNA é maior (até 50 vezes mais caro em alguns casos); 2) os fosforamiditos modificados são frequentemente obtidos em pequenas quantidades; E 3) a quantidade de material desperdiçado após o uso de um passo de diluição automatizado (definido pelo fabricante) é grande. Além disso, utilizamos: 1) suportes sólidos comercialmente disponíveis(Por exemplo , CPG) contendo uma nucleobase protegida para funcionar como a extremidade 3 '; E 2) fosforamiditos comerciais (nucleobases canônicas) protegidos com um grupo TBDMS na posição C2'- O . A lista detalhada dos passos de síntese é fornecida na Figura 3 e Tabela 1 , juntamente com descrição e comentários adicionais para etapas que foram ajustadas para a síntese de RNA. Além disso, a Figura 4 ilustra os rendimentos passo a passo que são observados para cada passo depois de selecionar a opção 'Trityl Monitor', que quantifica o catião tritil que é liberado de cada passo de detrilação.

Vale ressaltar que tipicamente, em nossa experiência, o fator limitante foi a obtenção da fosforamidita contendo a modificação desejada. Ou seja, o desenvolvimento de uma metodologia sintética que permite a incorporação de modificações em sites selecionados. Neste relatório, nos concentramos naIncorporação de um nucleótido modificado para o qual estabelecemos a metodologia sintética correspondente, o grupo C2'- O- tiofenilmetilo. Este grupo é de tamanho pequeno e não afeta a síntese em fase sólida de qualquer maneira. Uma vez que a incorporação deste grupo em oligonucleótidos de ARN foi relatada, juntamente com os parâmetros estruturais e termodinâmicos ⁴ , não serão descritos aqui os aspectos de síntese orgânica que levem aos fosforamiditos modificados.

Desproteção, Purificação e Caracterização
A desprotecção das aminas exocíclicas e dos grupos ß-cianoetilo ocorre no mesmo passo que a da clivagem da resina CPG. Aplicamos as condições comumente usadas para aquecer a resina obtida na presença de uma solução aquosa de AMA, seguida por clivagem dos grupos C2'- O- sililo na presença de iões fluoreto e depois purificação através de gelEletroforese. Embora estes tenham se tornado condições padrão em muitos casos, modificações que são lábiles para condições básicas ou íons fluoreto podem exigir condições mais suaves ^{13 , 14} , por exemplo , metanol / carbonato de potássio (MeOH / K ₂ CO ₃ ) ou butilamina. Assim, é necessário um conjunto diferente de grupos de proteção sobre os fosforamidites correspondentes. Além disso, escolhemos a eletroforese como a alternativa preferida para purificar os oligómeros desprotegidos, dada a nossa experiência anterior com este método e a falta de outras instrumentações. No entanto, a HPLC pode alternativamente ser utilizada como um método eficaz ¹⁵ . A caracterização dos oligonucleótidos purificados foi realizada através de espectrometria de massa, dessorção / ionização de laser assistida por matriz – tempo de voo (MALDI-TOF), utilizando um procedimento relatado pelo nosso grupo ¹⁶ .

Caracterização estrutural e A estabilidade incorreta dos duplexs obtidos foi realizada via CD. Especificamente, utilizamos o CD para determinar as transições de desnaturação térmica de oligonucleótidos modificados e não modificados de RNA seguindo a diminuição da elipticidade da banda em aprox. 270 nm, bem como o desaparecimento da banda (com elipticidade negativa) com λ _máx . A 210 nm. Uma comparação de espectros antes e após a hibridação é fornecida para ilustrar suas diferenças e fornecer a validação da metodologia empregada. O uso de CD é amplamente aceito na determinação de motivos estruturais em ácidos nucleicos e aminoácidos ¹⁷ e, portanto, pode ser empregado como uma ferramenta para determinar vários parâmetros estruturais e termodinâmicos ¹⁸ ; No entanto, não há muitos exemplos em que a técnica é utilizada para avaliar as transições de desnaturação térmica. Alguns casos incluem a determinação de estabilidades térmicas em ADN contendo quadruplexos GAss = "xref"> 19 ^{, 20} ou em duplex e grampos de RNA ²¹ .

Este relatório pretende fornecer ao leitor ou espectador não especialista um conjunto de ferramentas que permitem um bom início desse tipo de pesquisa. Isso servirá para melhorar e comparar com metodologias e técnicas em outros laboratórios de pesquisa que estão envolvidos neste poderoso ramo da ciência. O conteúdo deste relatório adiciona aos protocolos existentes desta tecnologia de várias fontes, e enriquece e facilita a experiência com um auxílio visual para cada etapa.