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La síntesis en fase sólida para obtener oligonucleótidos de ADN / ARN es una poderosa herramienta que ha servido a varias aplicaciones en diversos campos desde los años setenta 1 , 2 , 3 utilizando bloques de construcción de fosforamidita 4 . Ejemplos de su amplia influencia son: su impacto en el etiquetado (a través de las reacciones químicas) 5 , el sondeo estructural 6 y las tecnologías antisentido 7 , así como su elucidación de los mecanismos biológicos 8 , 9 , fuente como material genético 10 , y el estudio de Diversas modificaciones naturales y / o químicas 11 , 12 , entre muchos otros. La modificación que usamos aquí representa el primer paso en nuestros esfuerzos para obtener oligonucleótidos de ARN que contienenFotoactivas para permitir el control temporal de la estructura y función de este importante biopolímero.
La síntesis de dodecamers de ARN con secuencias: 5 '- [CUA CG G A AU CAU] -3' / 5 '- [Agosto AUU CCG UAG] -3' (posiciones subrayadas representan la incorporación de una modificación -thiophenylmethyl C2'- O ) Constituye el foco de este estudio. Las secuencias se eligieron para permitir la cuantificación y medición de las cadenas de ARN como hebras individuales, o como sus correspondientes estructuras dúplex (no se predijeron otras estructuras secundarias como termodinámicamente estable). CD se utilizó para establecer los parámetros estructurales, es decir , la formación de dúplex y las transiciones de desnaturalización térmica.
Síntesis
El procedimiento general para obtener estos oligonucleótidos se ilustra en la Figura 1 y sigue el proceso escalonado: Síntesis de fase sólida automatizada → DeprOtección → Purificación → Cuantificación → Caracterización. La figura 2 muestra las unidades monoméricas que son necesarias en este procedimiento. La síntesis de ARN en fase sólida es similar a la del ADN en que se basa en la química de fosforamidita ( Figura 2 , izquierda) y el uso de grupos protectores lábil a bases para las aminas nucleófilas exocíclicas en G, A y C, por ejemplo , Acetilo, benzoilo, fenoxiacetilo, t - butilo o N , N - dimetilformamida ( Figura 2 , derecha). Un aspecto más a considerar en el ARN, debido a la presencia del grupo C2'-OH (carente de los biopolímeros desoxioligonucleótidos), es el paso adicional que ha de ser incorporado para la protección, y posterior desprotección, de esta posición nucleofílica. A este respecto, los grupos protectores basados en silicio se han convertido en una estrategia atractiva debido a su potencial como restos biortogonalesY desprotegidos en presencia de fluoruro), con los grupos tert- butildimetilsililo (TBDMS) y triisopropilsililoximetilo (TOM) como opciones populares ( Figura 2 , parte inferior izquierda).
En este trabajo, la síntesis automatizada se llevó a cabo en un sintetizador de ADN / ARN que utiliza química estándar de fosforamidita. Los ajustes del fabricante en el instrumento incluyen un paso de dilución automatizado cuando se usan las versiones comerciales de las fosforamiditas para el ADN, o la opción de diluir a volúmenes establecidos por el usuario. Sin embargo, decidimos pesar el ARN fosforamidita y diluir manualmente, dado que: 1) el precio de las fosforamiditas canónicas del ARN es más alto (hasta 50 veces más caro en algunos casos); 2) las fosforamiditas modificadas se obtienen a menudo en pequeñas cantidades; Y 3) la cantidad de material desperdiciado al usar una etapa de dilución automática (establecida por el fabricante) es grande. Además, utilizamos: 1) soportes sólidos disponibles comercialmente(Por ejemplo , CPG) que contiene una nucleobase protegida para funcionar como el extremo 3 '; Y 2) fosforamiditas comerciales (nucleobases canónicas) protegidas con un grupo TBDMS en la posición C2'- O . La lista detallada de las etapas de síntesis se proporciona en la Figura 3 y la Tabla 1 , junto con una descripción y comentarios adicionales para las etapas que se ajustaron para la síntesis de ARN. Además, la Figura 4 ilustra los rendimientos escalonados que se observan para cada paso después de seleccionar la opción 'Trityl Monitor', que cuantifica el catión trityl liberado de cada paso de detritylation.
Vale la pena señalar que típicamente, en nuestra experiencia, el factor limitante fue la obtención de la fosforamidita que contenía la modificación deseada. Es decir, el desarrollo de una metodología sintética que permita la incorporación de modificaciones en sitios selectos. En este informe, nos centramos en laIncorporación de un nucleótido modificado para el que hemos establecido la correspondiente metodología sintética, el grupo C2'- O- tiofenilmetilo. Este grupo es de pequeño tamaño y no afecta de ninguna manera a la síntesis en fase sólida. Dado que se ha descrito la incorporación de este grupo en oligonucleótidos de ARN, junto con parámetros estructurales y termodinámicos 4 , no se describirán en la presente memoria ningún aspecto de la síntesis orgánica que conduzca a las fosforamiditas modificadas.
Desprotección, purificación y caracterización
La desprotección de las aminas exocíclicas y grupos β-cianoetilo se produce en el mismo paso que el de la escisión de la resina CPG. Se aplicaron las condiciones comúnmente utilizadas para calentar la resina obtenida en presencia de una solución acuosa de AMA, seguido de escisión de los grupos C2'- O- sililo en presencia de iones fluoruro, y después purificación vía gelElectroforesis. Mientras que éstos se han convertido en condiciones estándar en muchos casos, modificaciones que son lábiles a las condiciones básicas o iones fluoruro pueden requerir condiciones más suaves 13, 14, por ejemplo, carbonato de metanol / potasio (MeOH / K 2 CO 3), o butilamina. Por lo tanto, es necesario un conjunto diferente de grupos protectores sobre las correspondientes fosforamiditas. Además, elegimos la electroforesis como la alternativa preferida para purificar los oligómeros desprotegidos, dada nuestra experiencia previa con este método y la falta de otra instrumentación. Sin embargo, la HPLC se puede utilizar alternativamente como un método eficaz 15 . La caracterización de los oligonucleótidos purificados se realizó mediante espectrometría de masas, desorción / ionización láser asistida por matriz-tiempo de vuelo (MALDI-TOF), utilizando un procedimiento informado por nuestro grupo 16 .
La caracterización estructural y La estabilidad de los dúplex obtenidos se realizó por CD. Específicamente, hacemos uso de CD para determinar las transiciones de desnaturalización térmica de oligonucleótidos modificados y no modificados de ARN siguiendo la disminución de la elipticidad de la banda a aprox. 270 nm, así como la desaparición de la banda (con elipticidad negativa) con una max λ a 210 nm. Se proporciona una comparación de espectros antes y después de la hibridación para ilustrar sus diferencias y proporcionar validación de la metodología empleada. El uso de CD es ampliamente aceptado en la determinación de motivos estructurales en ácidos nucleicos y aminoácidos 17 , y por lo tanto puede ser empleado como una herramienta para determinar diversos parámetros estructurales y termodinámicos 18 ; Sin embargo, no hay muchos ejemplos donde la técnica se utiliza para evaluar las transiciones de desnaturalización térmica. Algunos casos incluyen la determinación de la estabilidad térmica en el ADN que contiene G-quadruplexesAss = "xref"> 19 , 20 o en dúplex y horquillas de ARN 21 .
Este informe tiene la intención de proporcionar al lector no experto o espectador con un conjunto de herramientas que permiten un buen comienzo a este tipo de investigación. Servirá para mejorar y comparar con metodologías y técnicas en otros laboratorios de investigación que están involucrados en esta emocionante rama de la ciencia. El contenido de este informe se suma a los protocolos existentes de esta tecnología de diversas fuentes, y enriquece y facilita la experiencia con una ayuda visual para cada paso.