Xeno-Nükleik Asitler ve XNA Dünyası

İnsan gereksinimlerini karşılamak için günümüzde yeni organizmalar ve biyolojik sistemler oluşturulmaktadır. Sentetik biyoloji, doğada var olmayan organizmaları, biyolojik bileşenleri ve işlevleri oluşturmak için ya da varolan biyolojik sistemlere yeni işlev yaptırabilmek için yeniden tasarlar ve modeller oluşturur. Sentetik biyoloji, biyolojinin mühendisliğidir, in vitro genetik olarak da tanımlanır. Sentetik genomik ise kimyasal sentezle tam bir genomu ya da genomun bir kısmını oluşturabilecek teknolojik çalışmaları kapsar. Santral dogma olarak bilinen evrensel genetik bilgi akışında hücrelerimiz doğal nükleik asit olan DNA'yı okuyarak işlevsel RNA ve protein oluşturur. Xeno nükleik asitler (XNA'lar) ilk kez Herdewijn ve Marlier tarafından kimyasal yolla ortaya çıkarılmış yeni bir türev nükleik asit sınıfıdır. XNA'lar, doğal olmayan nükleik asit omurgalı sentetik genetik polimerlerdir. Doğal genomlarda nükleik asiti oluşturan, replike olan ve sayısı dört olan (GACT) yapıtaşlarına, 1990'da kimyacıların başlattığı genişletilmiş yapay genetik bilgi sistemlerinde yeni yapıtaşları eklenmiştir. Baz çifti sayısı da üçten daha fazlasına çıkarılmıştır. Önceki genetik bilgilerin depolandığı GACT'den oluşan DNA kütüphaneleri, en azından DNA'da Z:P baz çifti şeklinde eşleşebilen GACTZP nükleotidleriyle zenginleştirilmiştir. Genetik kodun düzenlenmesi (genom editing) ve histon kodunun düzenlenmesi (epigenom editing) ile yeniden tasarlanan araştırmalarda şaşırtan sonuçlar vermiş ve pek çok sorunun çözümüne yönelik yeni ufuklar açmıştır. kromatinler, tıpta, biyoteknolojik ve temel biyolojik.

Xeno-Nucleic Acids and the World of XNA

Today, new organisms and biological systems have been formed to meet human existent organisms in nature to make biological components and biological systems or to perform new functions in existing organisms. Synthetic biology which is an engineering of biology is also defined as in vitro genetics. Synthetic genomics covers the technological studies containing chemical synthesis of a portion of the genome or complete genome. In central dogma known as universal flow of genetic information, our cells use DNA, a natural nucleic acid, to make functional RNA and protein constructs. Xeno-nucleic acids (XNAs) are new nucleic acid derivatives and discovered chemically by Herdewijn and Marlier. XNAs are synthetic genetic polymers with unnatural nucleic acid backbone. New building blocks have been added to the four main building blocks (GATC) which constitutes natural genomes and replicates, in the extended artificial genetic information systems in 1990, started by chemists. The number of base pairs have been increased more than three. DNA libraries consisting of GACTs that store earlier genetic data have been enriched with GACTZP nucleotides which can at least pair within the DNA in form of Z:P. Redesigned chromatins by arranging of the genetic code (genome editing) and arranging of the histone code (epigenome editing) have produced surprising results and opened new horizons for the solution of many problems in medicine, biotechnology and basic biological researchs.

___

  • Herdewijn P, Marliere P. Toward safe genetically modified organisms through the chemicals diversification of nucleic acids. Chem Biodivers 2009; 6, 791-808.
  • Pinheiro VB, Taylor AI, Cozens C, Abramov M, Renders M, Zhang S,et al. Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution. Science 2012; 336: 341-4.
  • Anasova I, Kowal EA, Dunn MR, Chaput JC, Van Horn W D. The structural diversity of artificial genetic polymers, Nucleic Acid Res 2015;44:1007-21.
  • Yamamoto T, Nakatani M, Narukawa K, Obika S. Antisense drug discovery and development. Future Med Chem 2011; 3: 339-65.
  • Schöning K, Scholz P, Guntha S, Wu X, Krishnamurthy R., and Eschenmoser A. Chemical etiology of nucleic acid structure: the a-threofuranosyl-(30-->20 ) oligonucleotide system. Science 2000; 290: 1347-51.
  • Holmberg RC, Henry AA, Romesberg FE. Directed evolution of novel polymerases, Biomol Engineering 2005; 22: 39-49.
  • Kimoto M, Yamashige R, Matsunaga K-I, Yokoyama S, Hirao I. Generation of high- affinity DNA aptamers using an expanded genetic alphabet. Nat Biotechnol 2013; 31: 453-7.
  • Georgiadis MM, Singh I, Kellett WF, Hoshika S, Benner SA, Richards NGJ. Structural Basis for a Six Nucleotide Genetic Alphabet. J. Am. Chem. Soc. 2015; 137: 6947- 55.
  • Taylor AI, Pinheiro VB, Smola MJ, Morgunov AS, Peak-Chew S, Cozens C et al. Catalysts from synthetic genetic polymers. Nature, 2015;518:427-30.
  • Nielsen PE, Egholm M, Berg RH and Buchardt O. Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide. Science 1991; 254: 1497-500.
  • Nielsen PE. Sequence-selective targeting of duplex DNA by peptide nucleic acids. Curr Opin Mol Ther 2010; 12: 184-91.
  • Gambari R. Peptide nucleic acids: a review on recent patents and technology transfer. Expert Opin Ther Pat 2014; 24: 267-94.
  • Tuerk C, Gold L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase. Science 1990; 249: 505-10.
  • Ellington AD, Szostak JW. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature 1990; 346: 818-22.
  • Wilson DS, Szostak, JW. In vitro selection of functional nucleic acids. Annu. Rev. Biochem 1999; 68: 611-47.
  • Goringer H, Homann M, Lorger, M. In vitro selection of high-affinity nucleic acid ligands to parasite target molecules. Int. J. Parasitol 2003; 33: 1309-17.
  • Cox JC. Hayhurst A, Hesselberth J, Bayer TS, Georgiou G, Ellington AD. Automated selection of aptamers against protein targets translated in vitro: From gene to aptamer. Nucleic Acids Res 2002; 30, e108.
  • Wang J, Li, G. Aptamers against cell surface receptors: Selection, modification and application. Curr. Med. Chem 2011; 18: 4107-16.
  • McKeague M, DeRosa, MC. Challenges and opportunities for small molecule aptamer development. J. Nucleic Acids 2012;2012:748913
  • Brannon-Peppas L, Blanchette JO. Nanoparticle and targeted systems for cancer therapy. Adv. Drug Del. Rev 2012; 64: 206-12.
  • Ng EW, Shima DYP, Calias P, Cunningham ET, Guyer DR and Adamis AP. Pegaptanib, a targeted anti-VEGF aptamer for ocular vascular disease. Nat. Rev. Drug Discovery 2006; 5, 123.
  • Pinheiro VB and Holliger P. Towards XNA nanotechnology: new materials from synthetic genetic polymers. Trends Biotechnol 2014; 32: 321-8.
  • Yu H, Zhang S and Chaput JC. Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor. Nat. Chem 2012; 4: 183-7.
Gazi Medical Journal-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Yayıncı: Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Remembering the Importance of an Old Friend: History Taking in Preoperative Evaluation of Healthy Children: A Single Center Experience

Meryem ALBAYRAK, Hülya BAŞAR, Şule TOPRAK, Cihat ŞANLI, Emine Dibek MISIRLIOĞLU, Ülker KOCAK

Kawasaki Disease with Hidden Neuroblastoma

Tutku SOYER, Zeynep Gökçe AYDIN GAYRETLİ, Diclehan ORHAN, Özge METİN, Türkan TEKE AYDIN, Ayşe KAMAN, Gönül TANIR

Gonartroz Hastalarında İntraartiküler Ozon Enjeksiyonunun Ağrıya Etkisi

Nurten İNAN, Doğa VURALLI, Avni BABACAN, Hakan DAYANIR, Didem AKÇALI

Removal of Appendiceal Fecalith with Colonoscopy

Güray CAN, Mevlüt KURT, Emrah POŞUL, Uğur KORKMAZ, Bülent YILMAZ

How Safe is Dabigatran in Elderly?

Sema AKİNCİ, Ahmet YALCİN, Arife ULAS, Kamile SİLAY

Metilen Tetrahidrofolat Redüktaz A1298C ve Plazminojen Aktivatör İnhibitörü-1 4G/5G Polimorfizmli Çocuk Hastada Ölümcül Akut Arteriyel İskemik İnme

Osman YEŞİLBAŞ, Esra ŞEVKETOĞLU, Mey Talip PETMEZCİ, Hasan Serdar KIHTIR, Figen PALABIYIK, Ebru KOLSAL, Seda BALKAYA

Unexpected Cause of Neonatal Seizure: In Utero Heroin Exposure

Selma AKTAŞ, Murat SAYGI, Leman Tuba KARAKURT

Association of Neutrophil-Lymphocyte Ratio with the Presence and Severity of Degenerative Aortic Valve Stenosis

Can Ramazan ONCEL, Murathan KUCUK, Mustafa UCAR, Fulya DEMİR AVCI, Aytul Belgi YİLDİRİM, Atakan YANIKOGLU

Xeno-Nükleik Asitler ve XNA Dünyası

Abdullah EKMEKÇİ

Safra Kesesi Duplikasyonu

Hüseyin EKEN, Arda IŞIK, İsmail DEMİRYILMAZ, Deniz FIRAT, İsmayil YILMAZ, Orhan ÇİMEN, Mehmet SOYTÜRK