Ácido nucleico peptídico

Los oligómeros de ácidos nucleicos de péptidos sintéticos se han utilizado en los últimos años en procedimientos de biología molecular, ensayos de diagnóstico y terapias antisentido. Debido a su mayor fuerza de unión, no es necesario diseñar oligómeros de PNA largos para usar en estas funciones, que generalmente requieren sondas de oligonucleótidos de 20 a 25 bases. La principal preocupación de la longitud de los oligómeros de PNA es garantizar la especificidad. Los oligómeros de PNA también muestran una mayor especificidad en la unión a ADN complementarios, siendo un desajuste de base de PNA/ADN más desestabilizador que un desajuste similar en un dúplex de ADN/ADN. Esta fuerza de unión y especificidad también se aplica a los dúplex de PNA/ARN. Los PNA no son fácilmente reconocidos ni por nucleasas ni por proteasas, lo que los hace resistentes a la degradación por enzimas. Los PNA también son estables en un amplio rango de pH. Aunque un PNA no modificado no puede cruzar fácilmente la membrana celular para entrar en el citosol, el acoplamiento covalente de un péptido de penetración celular a un PNA puede mejorar la liberación citosólica.

No se sabe que la PNA se produzca de forma natural, pero se ha planteado la hipótesis de que la N-(2-aminoetil)-glicina (AEG), la columna vertebral de la PNA, es una forma temprana de molécula genética para la vida en la Tierra y es producida por cianobacterias y es una neurotoxina.

La PNA fue inventada por Peter E. Nielsen (Universidad de Copenhague), Michael Egholm (Universidad de Copenhague), Rolf H. Berg (Risø National Lab) y Ole Buchardt (Universidad de Copenhague) en 1991.

Estructura

El ADN y el ARN tienen un esqueleto de azúcar desoxirribosa y ribosa, respectivamente, mientras que el esqueleto del PNA está compuesto por unidades repetidas de N-(2-aminoetil)-glicina unidas por enlaces peptídicos. Las diversas bases de purina y pirimidina están unidas a la columna vertebral por un puente de metileno (-CH
₂-) y un grupo carbonilo (-(C=O)-). Los PNA se representan como péptidos, con el extremo N en la primera posición (izquierda) y el extremo C en la última posición (derecha).

Encuadernación

Dado que la columna vertebral del PNA no contiene grupos fosfato cargados, la unión entre las hebras de PNA/ADN es más fuerte que entre las hebras de ADN/ADN debido a la falta de repulsión electrostática. Desafortunadamente, esto también hace que sea bastante hidrofóbico, lo que dificulta su distribución a las células del cuerpo en solución sin que primero se elimine del cuerpo. Los primeros experimentos con hebras de homopirimidina (hebras que consisten en una sola base de pirimidina repetida) han demostrado que la T_m (temperatura de "fusión") de un ADN doble de timina PNA/adenina de 6 bases hélice era de 31 °C en comparación con un dúplex de ADN/ADN de 6 bases equivalente que se desnaturaliza a una temperatura inferior a 10 °C. Las moléculas de PNA de bases mixtas son verdaderas imitaciones de las moléculas de ADN en términos de reconocimiento de pares de bases. La unión de PNA/PNA es más fuerte que la unión de PNA/DNA.

Traducción de PNA de otros ácidos nucleicos

Varios laboratorios han informado sobre la polimerización específica de secuencia de ácidos nucleicos peptídicos a partir de plantillas de ADN o ARN. Liu y sus colaboradores utilizaron estos métodos de polimerización para desarrollar PNA funcionales con la capacidad de plegarse en estructuras tridimensionales, similares a proteínas, aptámeros y ribozimas.

Entrega

En 2015, Jain et al. describió un sistema de administración anfifático basado en ADN que actúa en trans para la administración conveniente de ácidos nucleicos sin carga (UNA) con cola poli A, como PNA y morfolinos, de modo que varios UNA's se puede proyectar fácilmente ex vivo.

Hipótesis del mundo PNA

Se ha planteado la hipótesis de que la vida más antigua en la Tierra pudo haber utilizado PNA como material genético debido a su extrema robustez, formación más simple y posible polimerización espontánea a 100 °C (mientras que el agua a presión estándar hierve a esta temperatura, el agua a alta presión, como en el océano profundo, hierve a temperaturas más altas). Si esto es así, la vida evolucionó a un sistema basado en ADN/ARN solo en una etapa posterior. Sin embargo, la evidencia de esta hipótesis mundial de la ANP está lejos de ser concluyente. Sin embargo, si existió, debe haber precedido al mundo del ARN ampliamente aceptado.

Aplicaciones

Las aplicaciones incluyen la alteración de la expresión génica, tanto como inhibidor como promotor en diferentes casos, antígeno y agente terapéutico antisentido, agente anticancerígeno, agente antiviral, antibacteriano y antiparasitario, herramientas moleculares y sondas de biosensor, detección de secuencias de ADN y nanotecnología.

Los PNA se pueden utilizar para mejorar la secuenciación del gen del ARN ribosómico 16S de alto rendimiento de muestras de plantas y suelos mediante el bloqueo de la amplificación de secuencias mitocondriales y de plástidos contaminantes.

Celular: antagonismo/inhibición funcional. En 2001, Strauss y sus colegas informaron sobre el diseño de una aplicación para oligómeros de PNA en células vivas de mamíferos. La región de unión a la cromatina Xist se aclaró por primera vez en células fibroblásticas de ratón hembra y células madre embrionarias mediante el uso de un antagonista molecular PNA. El nuevo enfoque de PNA demostró directamente la función de un lncRNA. El ARN largo no codificante (lncRNA), Xist, se une directamente al cromosoma X inactivo. Los experimentos de inhibición funcional de PNA revelaron que las regiones repetidas específicas del ARN Xist eran responsables de la unión a la cromatina y, por lo tanto, podrían considerarse regiones de dominio de la transcripción de ARN. El antagonista molecular de PNA se administró a células vivas e inhibió funcionalmente la asociación de Xist con el cromosoma X inactivo utilizando el enfoque para estudiar la función del ARN no codificante en células vivas llamado mapeo de interferencia de ácido nucleico peptídico (PNA). En los experimentos informados, un solo PNA antisentido de 19 pb que penetra en las células dirigido contra una región particular de Xist RNA causó la interrupción de Xi. La asociación de Xi con macrohistona H2A también se ve perturbada por el mapeo de interferencia de PNA.