假互补肽核酸及其分子生物学效应分析

赵永娜1 曹利君2

1.郑州澍青医学高等专科学校 河南 郑州 450000
2.郑州澍青医学高等专科学校 河南 郑州 450000

【摘 要】假互补肽核酸（pseudocomplementary peptide nucleic acids，pc PNAs)是在肽核酸的前提和基础上所衍生出来的一种生物结构。在碱基修饰的作用下，能够实现其与双链DNA中的靶序列的同时结合。当pc PNAs对靶序列识别且预制相结合时，pc PNAs受到自身两条链的空间位置阻碍作用，因此，无法与自身互补结合。pc PNAs同肽核酸、DNA、以及RNA之间进行比较，发现其存在特殊的杂交性。所以，这也使得它的分子生物学效应异常广泛。在本篇文章中，笔者将就pc PNAs的应用研究做细致的分析。

【关键词】双链DNA；假互补肽核酸；肽核酸

【Abstract】pseudocomplementary peptide nucleic acids (PC PNAs) are a biological structure derived from the premise and foundation of peptide nucleic acids. Under the action of base modification, it can combine with the target sequence in double-stranded DNA simultaneously. When PC PNAs recognize target sequences and are combined by prefabrication, PC PNAs are hampered by the spatial position of their own two chains, so they cannot complement themselves. Comparison of PC PNAs with peptide nucleic acid, DNA, and RNA showed that they had special hybridization. So that makes its molecular biological effects unusually broad. In this paper, the author will do a detailed analysis on the application of PC PNAs.

【Key words】double-stranded DNA; Pseudo complementary peptide nucleic acid; Peptide nucleic acid

前言：

肽核酸（peptide nucleic acids，PNA）最早出现在19世纪90年代，他的发明者为哥本哈根大学Riso实验室的Nielsen等人。他们借助于计算机软件，并将DNA模型为依托，将假肽骨架作为核酸中重要成分磷酸核糖而发明的一种全新的生物分子。蛋白酶、核酸酶等对其产生的降解作用不明显，但是却能够借助于碱基互补配对的原则实现DNA的杂交结合。并且在稳定性、亲和性及其特异性上均得到了显著的提升。但是，鉴于PNA也存在一些先天的缺陷，所以限制了其在反义和反基因等药物制药过程中的使用。因此，据其问世的第9年，Lohse等人立足于此基础上，发明了他的衍生物，即pc PNAs由此诞生 [1]。

1 对序列酶活性的阻止为双链DNA遭到pc PNAs侵袭的主要目的

现阶段，化学领域关注的焦点在于小分子物质的合成与设计用于ds DNA确定位点的识别。此外，合成物可以以双螺旋侵袭的方法与ds DNA的目标定位点pc DNA结合，也是目的中的一种。

2 对ds DNA方向特异性折叠的诱导和调节

通过自发或者是诱导的手段而形成的DNA折叠在诸多的生物学领域均发挥着十分关键性的作用。诸如复制、重组、转录及其DNA的修复和装修等。所以，DNA的折叠诱导剂势必会对依赖DNA折叠生物学的功能产生影响。截止到目前，生物研究领域所有者地位诱导剂（六锌指钛、三螺旋侵袭寡核苷酸）对于ds DNA的靶位点所提出的要求的局限性明显，并且设计合成的情况也相对复杂。20世纪初，Kuhn等人在实验研究中指出，pc DNA能够对ds DNA的任何一个位置点的特异性的侵袭结合及其对ds DNA方向特异性的折叠诱导都能够让其成为十分有用的生物学工具。实验研究证实，鉴于pc PNAs的结合位点在ds DNA及其螺旋的位置存在差异，所以可以诱导不同角度、相位的双链折叠，并且对于同其相邻的2个pc PNAs结合位点的间隔碱基数、折叠位相及其折叠角度等是可以实现自动调节的[2]。

3 靶向基因修复

目前，生物学领域已经有实验研究证实，PNA技术的使用能够促进细胞目标的基因修复，而上述种种技术手段的应用能够有效的促进核酸的修复区域同单链或是双链核酸的有机结合。将其使用于基因序列的修复与基因缺陷的结合。即可以诱导、重组或是对活动的修复，截止到目前，设计最成功的方法，即借助于锌指核酸针完成对双链DNA裂解区域最高达到20%的细胞修复率，但是，上述所提及的技术应用实现细胞的转染及其载体基因的表达。最近有生物学研究显示，存在一种可以代替的方式，对承载镰状细胞基因点突变的细胞β球蛋白基因的修复率可以有效的提高至原来的4倍甚至6倍之多 [3]。2009年时，Lonkar等人在实验研究中指出，应用pc PNA实现对地中海型贫血的β球蛋白的突变位点的定点修复，pcPNA被转染入供体DNA后，可以让β球蛋白基因第二内含初始处的单个碱基的已修改。而这是在与一众绿色荧光蛋白-β球蛋白融合基因转录剪切时候，所观察得到的。结果显示，该pc PNA侵袭的效果相比较三聚体和三螺旋寡核苷酸三链体复合物的效果更加明显。上述的种种实验研究结果均表明，他可以有效的催生DNA双链的重新激活修复，除此之外，pc PNA也可以借助于核苷酸完成修复因子刺激人成纤维细胞重组的切除。

4 靶序列的定点突变

序列特异性DNA结合分子，诸如三螺旋寡核苷酸（riplex-forming oligonucleotides，TFOs）提供了对哺乳动物进行诱导的动物细胞染色定位点定点突变及其重组的必要手段。但是，THOs要实现作用的发挥，目标双链DAN必须要是纯嘌呤。KIm等人在生物学实验研究中指出，使用补骨脂共轭假互补肽核酸在细胞内做了基因定点突变的研究． 补骨脂共轭假互补肽核酸诱导的突变能在 pc PNA 结合位点的单碱基替换或缺失，则无需具体的考虑是否选择纯嘌呤[4]。

5 总结：

综上所述，pc PNAs的问世，打开了生物学研究领域的又一道大门。鉴于pc PNAs兼有人工合成蛋白骨架和碱基因的互补配对的作用，简而言之，就是强大的化学遗传和信息处理的能力，所以，使其将成为一种具有极大的潜力的分子生物学工具。而目前众多的生物学家也正在积极的探索和发明一些全新的pc PNAs化学衍生物，而上述的修饰性可以有效的促进其性能的提升，而且还会有更多的应用，特别是在新药的开发领域上。相关的研究人员，也会将目光关注的焦点转移至体内活动和生物的利用度上，以此来促进pcONAs衍生物生物利用率的提升，以减少遗传毒性，而随着研究的深入，其在现代生物学领域也会显现出更多的优势来。

参考文献：

[1] 季明辉, 欧青叶, 顾大勇. 假互补肽核酸及其分子生物学效应[J]. 中国生物化学与分子生物学报, 2013, 29(1):19-24.

[2] 刘春冬, 王建华, 曾芳. 修饰性肽核酸的细胞转运[J]. 生物工程学报, 2016, 32(3):292-305.

[3] 王建华, 郭泽琴. 肽核酸在分子生物学技术中的应用[J]. 中国生物工程杂志, 2013, 33(1):90-94.

[4] 欧启水, 曾勇彬. 核苷酸衍生物相关技术在分子诊断中的应用与展望[J]. 实用检验医师杂志, 2013, 5(3):133-136.

作者简介：赵永娜，出生年份：1988年2月，性别：女，民族：汉族，籍贯（省市或县）：河南安阳，职务：教研室主任，职称：讲师，学历：研究生；

研究方向：临床检验诊断；学校：郑州澍青医学高等专科学校