Systematische Evolution von Split-Aptameren durch exponentielle Anreicherung aus Fragmentbibliotheken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sabine Müller
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545729536

Krankheitsdiagnose und -therapie erfordern die molekulare Erkennung von Zielstrukturen mit hoher Spezifität. Nukleinsäure-Faltungsmotive stehen im Kampf gegen neue oder neu entdeckte Krankheiten an vorderster Front, und die Leichtigkeit und Schnelligkeit, mit der solche Faltungsmotive identifiziert werden können, macht den Unterschied zwischen Misserfolg und Erfolg aus. Die in vitro Selektion ist die Methode der Wahl für die erfolgreiche Entdeckung solcher Faltungsmotive (Aptamere). Die Selektion von Oligonukleotidfragmenten für den Zusammenbau von Aptameren anstelle der Selektion von Strängen in voller Länge ist ein neues und innovatives Konzept, aber eine Methode, die noch nicht verfügbar ist. Nur wenn während der Assemblierung der Fragmente um ein Target dynamische kovalente Bindungen gebildet werden, kann das erforderliche Maß an Affinität und Selektivität sichergestellt werden. Die Entwicklung einer solchen dynamischen kovalenten On-Target-Methode ist das Ziel dieses Forschungsprojekts. Die gewählte Methode nutzt die einzigartigen Eigenschaften von Boronsäure und RNA auf synergistische Weise. Die intrinsischen Eigenschaften von Boronatestern, die auf den reversiblen kovalenten Bindungen zwischen Boronsäuren und Diolen in wässrigen Medien beruhen, haben zu einem breiten Spektrum von Anwendungen geführt in der RNA-Sensorik, RNA-Trennung und Reinigung sowie siRNA-Transport. Wir haben bereits gezeigt, dass Boronatester, die durch die Reaktion eines Oligonukleotids mit einer 5'-Boronsäure mit dem 3'-terminalen cis-Diol eines anderen Oligonukleotids gebildet werden, den Aufbau funktioneller Nukleinsäurearchitekturen unterstützen. Insbesondere haben wir gezeigt, dass die Templat-gesteuerte Bildung von Boronatestern die Aktivität von split DNA- und RNA-Enzymen sowie eines split fluoreszenten Light-up-Aptamers wiederherstellen kann. Das Hauptziel des SPLITEX-Projekts ist die Entwicklung und Demonstration einer innovativen Methode für die direkte Selektion von split Aptameren aus einer Bibliothek von kurzen, mit 5'-Boronsäure modifizierten Oligonukleotiden. Die Leichtigkeit der reversiblen Boronatesterbildung macht sie zur Chemie der Wahl für das vorliegende Problem: die Zusammenfügung von Fragmenten mit mäßiger individueller Affinität zu unterstützen und sie zu einer kovalenten Struktur zu verschweißen, die mit außergewöhnlicher Selektivität bindet. Die Auswahl von gespaltenen Aptameren gegen neue Zielmoleküle ist der Höhepunkt unseres Projekts, das wesentliche und ergänzende Elemente zu den konventionellen Selektionsansätzen liefern wird und gleichzeitig die Verwendung kürzerer Sequenzen mit weniger negativen Ladungen ermöglicht. Der Erfolg dieses Projekts hängt von den Beiträgen beider Partner ab, die Fachwissen in der Synthese und Charakterisierung von dynamischen molekularen Strukturen auf Borsäurebasis (französischer Partner) mit Fachwissen im RNA-Engineering und im Design von Aptameren und Ribozymen (deutscher Partner) verbinden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Smietana