Metalli-ionin sitovia oligonukleotideja voidaan käyttää tunnistamaan biomarkkereita ja lääkekehityksen kohteina tai DNA-pohjaisessa nanoteknologiassa (Väitös: FM Sharmin Taherpour, 23.10.2015, kemia)

Turun yliopiston tiedote 19.10.2015

​Sharmin Taherpour  valmisti tutkimuksessaan  valmistettiin ensin keinotekoisia nukleotidi fosforamidiitti -rakennusyksiköitä. Tavallisimmat nukleosidit ovat kaupallisesti saatavilla fosforamidiittirakennusyksiköitä.

Keinotekoinen nukleotidi liitettiin onnistuneesti RNA:n oligonukleotidisekvenssiin, joko terminaaliseen tai ei-terminaaliseen asemaan. Kaikki RNA oligonukleotidiketjut syntetisoitiin automaattisella syntetisaattorilla käyttäen fosforamidiittistrategiaa. Keinotekoisen palikan kytkeminen ei-terminaalissa tapauksessa tehtiin manuaalisesti.

– Kaikissa tutkituissa näytteissä oli siis yksijuosteinen RNA-oligonukleotidi, joka sisältää keinotekoisen nukleosidin ja sitoutuu eli hybridisoituu tavallisen RNA-vastinjuosteen kanssa kaksiarvoinen metalli-ionin (Cu2+ tai Zn2+) läsnä ollessa tai ilman metallia, Taherpour sanoo.

MicroRNA (miRNA) on eniten tutkittu ei-koodaava RNA. Sitä esiintyy sekä kasveissa että eläimissä ja jopa viruksissa. Lyhyet miRNA-molekyylit estävät kohdegeenin ohjaaman proteiinisynteesin sitoutumalla geenin koodaamaan lähetti-RNA:han. Niiden toiminta voi, viraalisen geenin vaientaminen lisäksi, olla myös onkogeeninen ja siis jopa syöpää aiheuttava. miRNA:n yhteys ihmisen sairauksiin tekee niistä kiinnostavia biomarkkereita ja lääkekehityksen kohteita.

– Yksi suurimmista ongelmista on miRNA tunnistaminen. Koska niillä on pysyvä hiusneularakenne, invaasio tavanomaisilla Watson-Crick -emäspariutumiseen perustuvilla koettimilla on vaikeaa. Yksi tapa parantaa kaksoiskierteen pysyvyyttä eli hybridisaatiota, on hyödyntää metalli-ionin välittämää emäspariutumista, toisin sanoen ligonukleotidikoettimia, jotka sitovat tiukasti metalli-ioneja ja pystyvät muodostamaan koordinoivia sidoksia modifioitujen ja luonnollisten nukleoemästen välillä, Taherpour sanoo.

Tällaiset lyhyet, keinotekoisen oligonukleotidit sisältävät metalli-ionivälittisen emäsparin voivat myös olla käyttökelpoisia sellaisten RNA-sekvenssien tunnistamisessa, jotka sisältävät hiusneula-rakenteita ja pullistumia, kuten HIV:n TAR-sekvenssi. Lisäksi metalli-ionin sitovat oligonukleotidit voivat olla potentiaalisia sovelluksia DNA-pohjaisessa nanoteknologiassa.

Kaksoiskierteen pysyvyyttä testattiin tutkimalla oligonukleotidin UV-absorbanssia eli optista tiheyttä lämpötilan funktiona.

– UV-absorbanssikäyrän käännepisteessä eli sulamislämpötilassa puolet tutkittavasta oligonukleotidista on kaksoiskierteisenä ja puolet dissosioituneena. Mitä korkeampi sulamislämpötila, sitä pysyvämpi kaksoiskierre. Lisäksi CD-spektroskooppisin mittauksin saatiin lisätietoja oligonukleotidien kaksoiskierteistä rakenteesta, Taherpour sanoo.

Tutkittujen metalli-ionivälitteisten emäsparien havaittiin stabiloivan lyhyitä kaksoiskierteitä erityisesti terminaalisessa asemassa. Tutkituista metalli-ioneista Cu2+ stabiloi voimakkaammin, mutta joissakin tapauksissa myös Zn2+:n vaikutus oli merkittävä. Metalli-ionivälitteinen emäspariutuminen ei ollut erityisen selektiivistä, mutta tästä huolimatta pysyviä kaksoiskierteitä muodostui vain, kun oligonukleotidin tavanomaisten emästen sekvenssi oli kohdesekvenssille komplementaarinen. Haluttu affiniteetin ja selektiivisyyden yhdistelmä voidaan siis saavuttaa oligonukleotideilla, jotka sisältävät sekä tavanomaisia että metalli-ionin sitovia emäksiä.

***

Perjantaina 23. lokakuuta 2015 kello 12.00 esitetään Turun yliopistossa (Arcanum, ARC1-auditorio, Arcanuminkuja 4, Turku) julkisesti tarkastettavaksi FM Sharmin Taherpourin väitöskirja Metal-Ion-Binding Oligonucleotides: High-Affinity Probes for Nucleic Acid Sequences (Metalli-ionin sitovat oligonukleotidit: korkea affiniteetin koettimet nukleiinihapposekvenssille). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Mikko Oivanen Helsingin yliopistosta ja kustoksena filosofian tohtori, akatemiatutkija Tuomas Lönnberg Turun yliopistosta.

FM Sharmin Taherpour on syntynyt 1972 Iranissa. Filosofian maisteriksi hän valmistui vuonna 2005 Turun yliopistosta. Väitös kuuluu kemian alaan.

**

Kaikki Turun yliopiston tiedotteet: www.utu.fi/tiedotteet