Protocol עבור שלב מוצק סינתזה של אוליגומרים של רנ"א המכיל 2 '<em> הו</em> שינוי ואפיון של תיאופנילמתיל באמצעות דיכרואיזם מעגלי
Summary
מאמר זה מספק הליך מפורט על סינתזה שלב מוצק, טיהור, אפיון של dodecamers של רנ"א שונה ב C2'- O -position. UV- מול וניתוח מעגלי דיכרואי פוטומטרי משמשים לכמת ולאפיין היבטים מבניים, כלומר , גדילים בודדים או פעמיים גדילים.
Abstract
סינתזה של שלב מוצק שימשה להשגת פולימרים קנוניים ומשתנים של חומצות גרעין, במיוחד של DNA או RNA, שהפכו אותה למתודולוגיה עממית ליישומים בתחומים שונים ולמטרות מחקר שונות. הנוהל המתואר כאן מתמקד בסינתזה, טיהור, אפיון של dodecamers של RNA 5 '- [CUA CGG AAU CAU] -3' המכיל אפס, אחד, או שני שינויים הממוקם ב C2'- O -position. בדיקות מבוססים על קבוצות 2-thiophenylmethyl, משולבים לתוך נוקליאוטידים RNA באמצעות סינתזה אורגנית סטנדרטית הציג לתוך oligonucleotides המקביל באמצעות phosphoramidites שלהם בהתאמה. דו"ח זה עושה שימוש כימית phosphoramidite באמצעות הארבעה nucleobases הקנונית (uridine (U), ציטוזין (C), guanosine (G), אדנוזין (א)), כמו גם 2-thiophenylmethyl נוקלאוטידים פונקציונליים השונים על 2'- O – עמדה; עם זאת, המתודולוגיה היא מקובלת עבור var גדולשינויי ההתפתחות שהתפתחו במשך השנים. את oligonucleotides היו מסונתז על זכוכית מבוקר הנקבוביות (CPG) תמיכה ואחריו מחשוף של שרף deprotection בתנאים סטנדרטיים, כלומר , תערובת של אמוניה מתילאמין (AMA) ואחריו מימן פלואוריד / טריאתילאמין / N-methylpyrrolidinone. Oligonucleotides המקביל היו מטוהרים באמצעות electroporesis polyacrylamide (20% denaturing) ואחריו elution, desalting, ובידוד באמצעות כרומטוגרפיה הפוכה שלב (ספטמבר, פאק, C 18 -Cumnumn). כימות ופרמטרים מבניים הוערכו באמצעות ניתוח אולטרה-סגול גלוי (UV-V) ו- Dycroism (CD), בהתאמה. דו"ח זה נועד לשמש משאב ומדריך לחוקרים מתחילים ומבקשים המעוניינים לצאת לתחום זה. הוא צפוי לשמש עבודה ב-התקדמות כמו טכנולוגיות מתודולוגיות חדשות מפותחות. תיאור המתודולוגיות והטכניקות שבתוךשל מסמך המתאים DNA / RNA סינתיסייזר (שופץ ונרכש בשנת 2013) המשתמשת כימיה phosphoramidite.
Introduction
סינתזה שלב מוצק כדי להשיג oligonucleotides של DNA / RNA הוא כלי רב עוצמה אשר שימש מספר יישומים בתחומים שונים מאז 1970s 1 , 2 , 3 באמצעות אבני הבניין phosphoramidite 4 . דוגמאות להשפעה הרחבה שלה כוללות: השפעתה על תיוג ( באמצעות תגובת כימיה בלחץ) 5 , בדיקה מבנית 6 , וטכנולוגיות אנטיסנס 7 , כמו גם הבהרה של מנגנונים ביולוגיים 8 , 9 , מקור כחומר גנטי 10 , שונה טבעי ו / או שינויים כימיים 11 , 12 , בין רבים אחרים.השינוי שאנו משתמשים כאן מייצג את הצעד הראשון במאמצינו להשיג oligonucleotides RNA המכיליםבדיקות פוטואקטיביות כדי לאפשר שליטה זמנית של המבנה והפונקציה של biopolymer חשוב זה.
סינתזה של Dodecamers RNA עם רצפים: 5 '- [CUA CG G A AU CAU] -3' / 5 '- [AUG AUU CCG UAG] -3' (עמדות קו תחתון מייצגות שילוב של שינוי C2'- O -thiophenylmethyl ) מהווה את המוקד של מחקר זה. רצפים נבחרו כדי לאפשר כימות ומדידה של גדילי רנ"א כמו גדילי יחיד, או כמו מבנים דופלקס המקביל שלהם (שום מבנים משניים אחרים לא חזו יציבות יציבה תרמודינמית). CD שימש כדי לקבוע את הפרמטרים המבניים, כלומר , היווצרות דופלקס ומעברים denaturation תרמית.
סִינתֶזָה
ההליך הכולל להשגת אלה oligonucleotides מודגם באיור 1 ו עוקב את התהליך בשלבים: אוטומטי שלב מוצק סינתיזה → DeprOtection → טיהור → כימות → אפיון. איור 2 מציג את היחידות המונומריות הנחוצות בהליך זה. הסינתזה מוצק השלב של RNA היא דומה לזה של ה- DNA בכך שהיא מבוססת על כימית phosphoramidite (איור 2, משמאל) את השימוש בקבוצות הגנה-רָפִיף בסיס האמין exocyclic nucleophilic על G, A ו- C, למשל, אצטיל, בנזואיל, phenoxyacetyl, t- בוטיל או N , N- dimethylformamide ( איור 2 , מימין). היבט נוסף שיש להביא בחשבון ב RNA, בשל נוכחות של C2'-OH הקבוצה (חסר bioxymers deoxyoligucleototide), הוא צעד נוסף שיש לשלב את ההגנה, ולאחר מכן deprotection, של עמדה זו נוקלאופילי. מבחינה זו, קבוצות הגנה מבוססות סיליקון הפכו לאסטרטגיה אטרקטיבית בשל הפוטנציאל שלהם כמו moieties biorthogonal (ספציפייםy deprotected בנוכחות פלואוריד), עם -butyldimethylsilyl טרט (TBDMS) ו triisopropylsilyloxymethyl (טום) קבוצות כמו האפשרויות הפופולריות (איור 2, ימין למטה).
בעבודה זו, הסינתזה האוטומטית בוצעה על סינתיסייזר DNA / RNA המשתמש בכימיה phosphoramidite סטנדרטי. הגדרות היצרן על המכשיר כוללות צעד דילול אוטומטי בעת שימוש בגרסאות מסחריות של phosphoramidites עבור DNA, או את האפשרות לדלל בכרכים שנקבעו על ידי המשתמש. עם זאת, החלטנו לשקול את phosphoramidite רנ"א לדלל באופן ידני בהתחשב בכך: 1) המחיר של phosphoramidites הקנונית של רנ"א גבוה (עד פי 50 פעמים יקר יותר במקרים מסוימים); 2) phosphoramidites שונה מתקבלים לעתים קרובות בכמויות קטנות; ) 3 כמות החומר המבוזבז בעת שימוש בצעד דילול אוטומטי (שנקבע על ידי היצרן) הוא גדול. בנוסף, השתמשנו: 1) תומך מוצק זמין מסחרית( למשל , CPG) המכיל נוקלאובאז מוגן לתפקד כמו 3-end; ו 2) phosphoramidites מסחריים (nucleobases הקנונית) מוגן עם קבוצת TBDMS ב C2'- O -position. רשימה מפורטת של השלבים סינתזה מסופק באיור 3 ו 1 טבלה , יחד עם תיאור נוסף והערות על צעדים שהותאמו לסינתזה RNA. יתר על כן, איור 4 ממחיש את התשואות בשלבים שנצפו עבור כל צעד לאחר בחירת האפשרות 'Trityl צג', אשר quantitates קטיון trityl שוחרר מכל צעד detritylation.
ראוי לציין כי בדרך כלל, מניסיוננו, הגורם המגביל היה קבלת phosphoramidite המכיל את השינוי הרצוי. כלומר, פיתוח מתודולוגיה סינתטית המאפשרת שילוב של שינויים באתרים נבחרים. בדוח זה, אנו מתמקדיםשילוב של נוקליאוטיד שונה שעבורו הקמנו את המתודולוגיה הסינתטית המתאימה, קבוצת C2'- O -thiophenylmethyl. קבוצה זו קטנה בגודלה ואינה משפיעה על סינתזת הפאזה המוצקה בכל צורה שהיא. מאז שילוב של קבוצה זו לתוך oligonucleotides של RNA כבר דיווחו, יחד עם פרמטרים מבניים תרמודינמיים 4 , שום היבטים של סינתזה אורגנית המובילה phosphoramidites שונה יתואר כאן.
הגנה, טיהור ואפיון
Deprotection של אמינים exocyclic וקבוצות cyanoethyl- K מתרחשת באותו צעד כמו זה של המחשוף שרף CPG. אנו להחיל את התנאים הנפוצים של חימום שרף שהתקבל בנוכחות פתרון מימי של AMA, ואחריו מחשוף של קבוצות C2'- O- silyl בנוכחות יוני פלואוריד, ולאחר מכן טיהור באמצעות ג'לאלקטרופורזה. בעוד אלה הפכו תנאים סטנדרטיים במקרים רבים, שינויים כי הם labile לתנאים בסיסיים או יונים פלואוריד עשוי לדרוש תנאים מתונים 13 , 14 , למשל , מתנול / אשלגן פחמתי (MeOH / K 2 CO 3 ), או בוטילאמין. לפיכך, קבוצה אחרת של הגנה על קבוצות על phosphoramidites המקביל הוא הכרחי. יתר על כן, בחרנו אלקטרופורזה כחלופה מועדפת כדי לטהר את oligomers deprotected בהתחשב הניסיון הקודם שלנו עם שיטה זו וחוסר מכשור אחרים. עם זאת, HPLC יכול לחילופין לשמש שיטה יעילה 15 . אפיון של oligonucleotides מטוהרים בוצע באמצעות ספקטרומטריית מסה, מטריצה בסיוע לייזר desorption / יינון זמן הטיסה (MALDI-TOF), באמצעות הליך דיווח על ידי הקבוצה שלנו 16 .
אפיון מבני יציבות מלוא של דופלקסים שהתקבלו בוצעו באמצעות תקליטור. באופן ספציפי, אנו עושים שימוש בתקליטור כדי לקבוע את מעברי denaturation תרמית של oligonucleotides שונה ושונה של RNA על ידי ביצוע הירידה אליפטיות של הלהקה ב CA. 270 ננומטר, כמו גם היעלמות של הלהקה (עם אליפטיות שלילית) עם מקסימום λ ב 210 ננומטר. השוואת ספקטרה לפני ואחרי הכלאה מסופק כדי להמחיש את ההבדלים שלהם ולספק אימות של המתודולוגיה המועסקים. השימוש בתקליטור מקובל באופן נרחב בקביעת מוטיבים מבניים בחומצות גרעין ובאמינואידים 17 , ולכן ניתן להשתמש בהם ככלי לקביעת פרמטרים מבניים ותרמודינמיים שונים 18 ; עם זאת, אין דוגמאות רבות שבו הטכניקה משמשת כדי להעריך מעברים denaturation תרמית. מקרים מסוימים כוללים קביעת יציבות תרמית על דנ"א המכיל G-quadruplexesהתחת = "xref"> 19 , 20 או בדופלקסים וסיכות של רנ"א 21 .
דוח זה מתכוון לספק את הקורא שאינו מומחה או הצופה עם סט של כלים המאפשרים התחלה חלקה של סוג זה של מחקר. זה ישמש כדי לשפר ולהשוות עם מתודולוגיות וטכניקות במעבדות מחקר אחרים המעורבים בענף זה מרגש של המדע. התוכן בדו"ח זה מוסיף לפרוטוקולים הקיימים של טכנולוגיה זו ממקורות שונים, ומעשיר ומקדם את החוויה בסיוע חזותי לכל צעד.
Protocol
Representative Results
Discussion
הכוונה של כתב היד הזה היא לשמש מדריך לחוקרים בתחום, מתחילים או מומחה, כדי להשיג בהצלחה או לשפר את הסינתזה של oligonucleotides של DNA או RNA. המתודולוגיה המתוארת מתמקדת בשימוש סינתזה שלב מוצק באמצעות סינתיסייזר DNA / RNA אוטומטי באמצעות כימיה phosphoramidite סטנדרטי. הדו"ח מתאר תיאור שלב …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הכנת כתב היד הזה נתמכה באמצעות קרנות הזנק מאוניברסיטת קולורדו דנבר (JMRE). AF רוצה להכיר בתמיכה מענק מחקר ופעילויות יצירתיות (RaCAS, CU Denver). מימון של משרד שירותי מחקר, אוניברסיטת קולורדו דנבר כדי לכסות את הוצאות הפרסום הוא הודה. ברצוננו להודות לחברת המעבדה גב 'קסנדרה הרברט ומר יאניק ק' דז'ו על תרומתם בחלק הווידאו.
Materials
| AbsolveTM | PerkinElmer | 6NE9711 | |
| Acetonitrile 99.9%, HPLC Grade | Fisher Scientific | 75-05-8 | |
| Acetonitrile 99.9%, anhydrous for DNA sequencing | Fisher BioReagents | 75-05-8 | |
| Acrylamide, 99+% | ACROS Organics | 164850025 | |
| Ammonium chloride 98+% | Alfa Aesar | 12125-02-9 | |
| Ammonium citrate, dibasic 98% | Sigma Aldrich | 3012-65-5 | |
| Ammonium Fluoride 98.0%, ACS grade | Alfa Aesar | 12125-01-8 | |
| Ammonium hydroxide 28-30% in water, ACS Plus | Fisher Chemical | 1336-21-6 | |
| Ammonium persulfate | ACROS Organics | 1444 | |
| Argon-ultra high purity | Airgas | 7440-37-1 | |
| Bis-acrylamide Ultra pure | VWR-Amresco | 172 | |
| Boric Acid | Fisher Scientific | A73-1 | |
| Diethyl pyrocarbonate, 97% | ACROS Organics | A0368487 | |
| Ethanol, anhydrous, histological grade | Fisher Chemical | 64-17-5 | |
| Ethylenediamine tetraacetic acid, disodium salt dehydrate 100.2% | Fisher Chemical | 6381-92-6 | |
| Formamide | Thermo Scientific | 75-12-7 | |
| Hydrochloric acid, 36.5-38.0%, Certified ACS Plus | Fisher Chemical | 7647-01-0 | |
| Magnesium chloride hexahydrate, 99% | Fisher Scientific | 7786-30-3 | |
| Methanol, 99.9%, HPLC Grade | Fisher Chemical | 67-56-1 | |
| Methylamine 40% in water | Sigma Aldrich | 74-89-5 | |
| 1-Methyl-2-pyrrolidinone, andhydrous, 99.5% | Aldrich | 872-50-4 | |
| Opti-TOFTM 96 Well Insert (123 x 81 mm) | MDS SCIEX | 1020157 | |
| RNase Away | Molecular BioProducts | 7005-11 | |
| Sodium acetate, anhydrous 99.2%, Certified ACS | Fisher Chemical | 127-09-3 | |
| Sodium chloride, 100.5%, Certified ACS | Fisher Chemical | 7647-14-5 | |
| Sodium phosphate monobasic dihydrate 99.0% | Sigma | 13472-35-0 | |
| 2’,4’ Triethylamine, 99+% | Alfa Aesar | 121-44-8 | |
| TEMED | Amresco | 761 | |
| Triethylamine trihydrofluoride, 98% | Aldrich | 73602-61-6 | |
| Trifluoroacetic acid, 99% | Alfa Aesar | 76-05-1 | |
| 6’-Trihydroxyacetophenone monohydrate 98% | Sigma Aldrich | 480-66-0 | |
| Tris Base | Fisher Scientific | BP154-3 | |
| Urea | Fisher Scientific | U15-3 | |
| Reagents for the RNA synthesis: | |||
| Deblocking mix, 3% trichloroacetic acid in dichloromethane | Glen Research | 40-4140-57 | |
| Cap Mix A, THF/Pyridine/Acetic anhydride | Glen Research | 40-4110-52 | |
| Cap Mix B, 10% 1-methylimidazole in THF | Glen Research | 40-4120-52 | |
| Activator, 0.25 M 5-ethylthio-1H-tetrazole in anhydrous acetonitrile | Glen Research | 30-3140-52 | |
| Oxidizing Solution, 0.02 M iodine in THF/Pyridine/Water | Glen Research | 40-4330-52 | |
| U-RNA-CPG | Glen Research | 20-3330-xx | |
| Ac-G-RNA-CPG | Glen Research | 20-3324-xx | |
| Ac-G-CE Phosphoramidite | Glen Research | 10-3025-xx | |
| U-CE Phosphoramidite | Glen Research | 10-3030-xx | |
| Ac-C-CE Phosphoramidite | Glen Research | 10-3015-xx | |
| Bz-A-CE Phosphoramidite | Glen Research | 10-3003-xx |
References
- Matteucci, M. D., Caruthers, M. H. The synthesis of oligodeoxypyrimidines on a polymer support. Tetrahedron Lett. 21 (8), 719-722 (1980).
- Beaucage, S. L., Caruthers, M. H. Deoxynucleoside phosphoramidites-A new class of key intermediates for deoxypolynucleotides. Tetrahedron Lett. 22 (20), 1859-1862 (1981).
- Caruthers, M. H. Gene synthesis machines: DNA Chemistry and its uses. Science. 230 (4723), 281-285 (1985).
- Nguyen, J. C., et al. Synthesis, Thermal Stability, Biophysical Properties, and Molecular Modeling of Oligonucleotides of RNA Containing 2′-O-2-Thiophenylmethyl Groups. J Org Chem. 81 (19), 8947-8958 (2016).
- El-Sagheer, A. H., Brown, T. Click chemistry with DNA. Chem Soc Rev. 39, 1388-1405 (2010).
- Puffer, B., et al. 5-Fluoro pyrimidines: labels to probe DNA and RNA secondary structures by 1D 19F NMR spectroscopy. Nucleic Acids Res. 37 (22), 7728-7740 (2009).
- Wan, W. B., Seth, P. P. The medicinal chemistry of therapeutic oligonucleotides. J Med Chem. 59 (21), 9645-9667 (2016).
- Zhou, C., Greenberg, M. M. DNA Damage by histone radicals in nucleosome core particles. J Am Chem Soc. 136 (18), 6562-6565 (2014).
- Zhang, Y., et al. UV-Induced proton-coupled electron transfer in cyclic DNA miniduplexes. J Am Chem Soc. 138 (23), 7395-7401 (2016).
- Anosova, I., et al. The structural diversity of artificial genetic polymers. Nucleic Acids Res. 44 (3), 1007-1021 (2016).
- Riml, C., Micura, R. Synthesis of 5-Hydroxymethylcytidine- and 5-Hydroxymethyl-uridine-Modified RNA. Synthesis. 48, 1108-1116 (2016).
- Anderson, B. A., Hrdlicka, P. J. Merging Two Strategies for Mixed-Sequence Recognition of Double-Stranded DNA: Pseudocomplementary Invader Probes. J Org Chem. 81 (8), 3335-3346 (2016).
- Beaucage, S. L., Iyer, R. P. Synthesis of oligonucleotides by the phosphoramidite approach. Tetrahedron. 48 (12), 2223-2311 (1992).
- Gillet, L. C. J., Alzeer, J., Schärer, O. D. Site-specific incorporation of N-(deoxyguanosin-8-yl)-2-acetylaminofluorene (dG-AAF) into oligonucleotides using modified ‘ultra-mild’ DNA synthesis. Nucleic Acids Res. 33 (6), 1961-1969 (2005).
- Shiba, Y., et al. Chemical synthesis of a very long oligoribonucleotide with 2-cyanoethoxymethyl (CEM) as the 2′-O.-protecting group: structural identification and biological activity of a synthetic 110mer precursor-microRNA candidate. Nucleic Acids Res. 35 (10), 3287-3296 (2007).
- Choi, Y. J., Gibala, K. S., Ayele, T., Deventer, K. D., Resendiz, M. J. E. Biophysical properties, thermal stability and functional impact of 8-oxo-7,8-dihydroguanine on oligonucleotides of RNA – a study of duplex, hairpins and the aptamer for preQ1 as models. Nucleic Acids Res. 45 (4), 2099-2111 (2017).
- Ranjbar, B., Gill, P. Circular dichroism techniques: Biomolecular and nanostructural analyses – A review. Chem Biol Drug Des. 74 (2), 101-120 (2009).
- Mergny, J. -. L., Lacroix, L. Analysis of thermal melting curves. Oligonucleotides. 13 (6), 515-537 (2003).
- Jin, R., Breslauer, K. J., Jones, R. A., Gaffney, B. L. Tetraplex formation of a guanine-containing nonameric DNA fragment. Science. 250 (4980), 543-546 (1990).
- Virgilio, A., et al. 5-Hydroxymethyl-2′-deoxyuridine residues in the thrombin binding aptamer: Investigating anticoagulant activity by making a tiny chemical modification. CHEMBIOCHEM. 15 (16), 2427-2434 (2014).
- Chauca-Diaz, A. M., Choi, Y. J., Resendiz, M. J. E. Biophysical properties and thermal stability of oligonucleotides of RNA containing 7,8-dihydro-8-hydroxyadenosine. Biopolymers. 103 (3), 167-174 (2015).
- Maniatis, T., Fritsch, E. F., Sambrook, J. . Molecular cloning: a laboratory manual. 14, 173-185 (1987).
- Markham, N. R., Zuker, M. UNAFold: software for nucleic acid folding and hybridization. Methods Mol Biol. 453, 3-31 (2008).
- Breslow, R., Huang, D. -. L. Effects of metal ions including Mg2+ and lanthanides on the cleavage of ribonucleotides and RNA model compounds. Proc Natl Acad Sci U S A. 88 (10), 4080-4083 (1991).
- Blumberg, D. D. Creating a ribonuclease-free environment. Methods Enzymol. 152 (2), 20-24 (1987).
- AbouHaidar, M. G., Ivanov, I. G. Non-enzymatic RNA promoted by the combined catalytic activity of buffers and magnesium ions. Z Naturforsch C. 54 (7-8), 542-548 (1999).
- Farrell, R. E. . RNA Methodologies (4th Ed): A laboratory guide for isolation and characterization. 2, 45-80 (2010).
