A modular system for sequence-specific DNA recognition in the major groove
Biological and Biomimetic Chemistry
Final Report Abstract
In diesem langfristig angelegten Forschungsprojekt wurde ein modulares Baukastensystem von Erkennungseinheiten für DNA-Doppelstränge entwickelt. Jedes Modul enthält einen leistungsstarken Basenpaarbinder, der mit einem PNA-Element verknüpft ist. Diese Module können anschließend in der gewünschten Reihenfolge miteinander kombiniert werden und ergeben so ein neues PNA-Derivat mit perfekter Komplementarität zum ausgewählten DNA-Fragment. Intensive Modeling-Studien führten zu vier neuen präorganisierten Basenpaarbindern mit perfekter Passform im PNA-Strang in allen möglichen Kombinationen innerhalb der große Furche. Ihre Synthese erwies sich jedoch als sehr herausfordernd: die meisten annelierten heterozyklischen Systeme ware nicht in der Literatur bekannt und für jeden der 4 Bausteine musste eine eigene Totalsynthese ausgearbeitet werden. Durch eine Kombination verschiedener Kupplungs- und Zyklisierungsstrategien mit den geeigneten Kurz- und Langzeit-Schutzgruppen gelang es, nicht nur die 4 Basenpaarbinder selbst, sondern auch ihre verlängerten Konstrukte für eine perfekte Anbindung an das PNA-Rückgrat in sehr guten Ausbeuten und hoher Reinheit herzustellen. Erste NMR-Experimente der isolierten Basenpaarbinder mit silylierten Nucleosiden lieferten starke Hinweise auf die Ausbildung der gewünschten drei Wasserstoffbrücken auf der Hoogsteen-Flanke; diese Ergebnisse werden durch DFT-Rechnungen gestützt. Leider gelang innerhalb der Förderzeitraumes die finale Anbindung des vorbereiteten PNA-Bausteins und die iterative Peptidkupplung zu den sequenzselektiven Modulen nicht mehr. Diese Arbeiten werden gegenwärtig aus eigenen Mitteln durchgeführt. Sie sollen in die Bestimmung der DNA-Bindungseigenschaften münden; in einem zweiten Projekt könnten schließlich die optimierten Module in vivo zur ortsspezifischen Modulation der Genexpression eingesetzt werden.
Publications
- A Synthetic Methodology Toward Pyrrolo[2,3-b]pyridones for GC Base Pair Recognition. Org. Lett. 2018, 20, 6961-6964
S. Gadre, M. S. Peters, A. Serrano, T. Schrader
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.orglett.8b03111)
