English Title: Modified peptide nucleic acids for the sequence selective cleavage of DNA and detection of DNA

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Abstract

Es wurden Metallkomplex-Konjugate von Peptidnucleinsäuren (PNAs) synthetisiert und in zwei Projekten angewendet: als “künstliche Restriktionsenzyme“ für die sequenzselektive Spaltung von Einzelstrang-DNA sowie als Komponenten einer DNA-templatvermittelten Metallkatalyse. Im ersten Projekt konnte durch MALDI-TOF MS und HPLC der Zr(IV)-Komplex des Tris(hydroxymethyl)-aminomethan-PNA-Konjugats (Zr(IV)-15) als aktivste Spezies zur Spaltung komplementärer DNA identifiziert werden. Die Spaltung der Ziel-DNA erfolgte sequenzselektiv zu 91% (nach 164 Stunden) in unmittelbarer Nachbarschaft des Metallkomplexes. Konjugate einer Cu(II)-Pyridylpyrazol-modifizierten PNA (Cu(II)-31) wurden für die DNA-templatvermittelte Spaltung estermodifizierter PNAs eingesetzt. Als Substrat-PNAs wurden die PNA-Ester-Konjugate 16 und 17 synthetisiert, in denen die Cu(II)-Ankergruppe (Chinolin-N) in die Alkohol-PNA-Komponente integriert ist. Es kann im Grunde mit beliebigen Carbonsäuren kombiniert werden. Die Spaltreaktionen wurden durch eine Kombination aus MALDI-TOF MS- und HPLC-Analyse untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Reaktion durch das DNA-Templat etwa 100-fach beschleunigt wird. Des weiteren wurden nach 10 Stunden 12 Turnover bei einem 100-fachen Substratüberschuss erzielt.

Translation of abstract (English)

Conjugates of peptide nucleic acids (PNAs) and metal-complexes were synthesized and tested in two projects: as “artificial restriction endonucleases” for the sequence-selective cleavage of single stranded DNA and as probes for DNA-templated metal-catalysis. The PNA conjugate with the Zr(IV)-complex of tris(hydroxymethyl)-aminomethan (Zr(IV)-15) was identified by MALDI-TOF MS and HPLC as the most active species for the cleavage of complementary DNA. The cleavage of the target-DNA occurred sequence-selectively with 91% yield (after 164h) in close proximity to the metal complex. Conjugates of Cu(II)-pyridylpyrazolyl-modified PNA (Cu(II)-31) were applied in DNA-templated cleavage of ester-modified-PNAs. The ester-modified-PNAs 16 and 17 were synthesized as substrate-PNAs, in which the Cu(II)-anchoring group (chinoline-N) is integrated in the alcohol-PNA-unit. Generally the combination with any carboxylic acid is possible. The cleavage reaction was followed by MALDI-TOF MS- and HPLC-analysis. It was shown that the DNA-templated reaction was accelerated up to approximately 100-fold. Furthermore 12 turnover were achieved after 10 hours at 100-fold excess of PNA 17.