ПРЕОРГАНИЗАЦИЯ γ-ПНК: СИНТЕЗ МОДЕЛЬНОГО ДИМЕРА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО СТРУКТУРЫ МЕТОДАМИ ДВУМЕРНОЙ ЯМР-СПЕКТРОСКОПИИ

Представлен синтез димера, состоящего из гамма-тиминового хирального мономера на основе L-Ala и тиминового aeg-ПНК-мономера, в котором метиленовые протоны псевдопептидного остатка замещены на атомы дейтерия, синтезированного из дейтерированного глицина. Дейтерированный мономер вводили в реакцию ацилирования по методу смешанных ангидридов с трифторацетатом хирального мономера гамма-ПНК на основе L-Ala, последний был получен из полностью защищенного тиминсодержащего мономера действием трифторуксусной кислоты. Структуру и чистоту целевого димера и интермедиатов подтверждали данными ЯМР-спектроскопии, элементный состав оценивали по данным элементного анализа. Для отнесения сигналов метиленовой части остатка хирального фрагмента в димере был использован метод двумерной фазочувствительной COSY-ЯМР-спектроскопии с двухквантовым фильтром (DQF-COSY). При анализе спектра были найдены химические сдвиги и вычислены константы спин-спинового взаимодействия протонов хиральной части димера. Учитывая зависимость Карплуса, связывающую величину двугранного угла между вицинальными протонами с их константой спин-спинового взаимодействия, сделан вывод, что хиральный фрагмент находится в конформации правозакрученной спирали во всех ротамерных формах димера.

пептидно-нуклеиновые кислоты, ПНК, хиральные мономеры ПНК, псевдопептиды, преорганизация ПНК

1. Milligan J.F., Matteucci M.D., Martin J.C. Current concepts in antisense drug design // J. Med. Chem. 1993. V. 36. P. 1923-1937.

2. Nielsen P.E., Egholm M., Berg R.H., Buchardt O. Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide // Science. 1991. V. 254. P. 1497-1500.

3. Kumar V.A., Ganesh K.N. Conformationally сonstrained PNA фnalogues: Structural evolution toward DNA/RNA binding selectivity. // Acc. Chem. Res. 2005. V. 38. P. 404-412.

4. Dragulescu-Andrasi A., Rapireddy S., Frezza B.M., Gayathri C., Gil R.R., Ly D.H. A simple γ-backbone modification preorganizes peptide nucleic acid into a helical structure // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 10258-10267.

5. Mitra R., Ganesh K.N. Aminomethylene peptide nucleic acid (am-PNA): Synthesis,regio-/stereospecific DNA binding, and differential cell uptake of (α/γ,R/S)am-PNA analogues // J. Org. Chem. 2012. V. 77. P. 5696-5704.

6. Tedeschi T., Sforza S., Corradini R., Marchelli R. Synthesis of new chiral PNAs bearing a dipeptide-mimic monomer with two lysine-derived stereogenic centres // Tetrahedron Lett. 2005. V. 46 P. 8395-8399.

7. Sahu B., Chenna V., Lathrop K.L., Thomas S.M., Zon G., Livak K.J., Ly D.H. Synthesis of conformationally preorganized and cell-permeable guanidine-based γ-peptide nucleic acids (γGPNAs) // J. Org. Chem. 2009. V. 74. P. 1509-1516.

8. Sahu B., Sacui I., Rapireddy S., Zanotti K.J., Bahal R., Armitage B.A., Ly D.H. Synthesis and characterization of conformationally preorganized, (R)-diethylene glycol-containing γ-peptide nucleic acids with superior hybridization properties and water solubility // J. Org. Chem. 2011. V. 76. P. 5614-5627.

9. Kirillova Y., Boyarskaya N., Dezhenkov A., Tankevich M., Prokhorov I., Varizhuk A., Eremin S., Esipov D., Smirnov I., Pozmogova G. Polyanionic carboxyethyl peptide nucleic acids (ce-PNAs): Synthesis and DNA binding // PLoS One. 2015. V. 10. e0140468.

10. De Costa N.T.S., Heemstra J.M. Evaluating the effect of ionic strength on duplex stability for PNA having negatively or positively charged side chains // PLoS One. 2013. V. 8. P. 1-8.

11. de Koning M.C., Petersen L., Weterings J.J., Overhand M., van der Marel G.A., Filippov D.V. Synthesis of thiol-modified peptide nucleic acids designed for post-assembly conjugation reactions // Tetrahedron. 2006. V. 62. P. 3248-3258.

12. Dose C., Seitz O. Convergent synthesis of peptide nucleic acids by native chemical ligation // Org. Lett. 2005. V. 7. P. 4365-4368.

13. Zhou P., Dragulescu-Andrasi A., Bhattacharya B., O'Keefe H., Vatta P., Hyldig-Nielsen J.J., Ly D.H. Synthesis of cell-permeable peptide nucleic acids and characterization of their hybridization and uptake properties // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006. V. 16. P. 4931-4935.

14. Vieville J.M.P., Barluenga S., Winssinger N., Delsuc M-A. Duplex formation and secondary structure of γ-PNA observed by NMR and CD // Biophys. Chem. 2016. V. 210. P. 9-13. http://dx.doi.org/10.1016/j. bpc.2015.09.002

15. Falkiewicz B., Kołodziejczyk A.S., Liberek B., Wiśniewski K. Synthesis of achiral and chiral peptide nucleic acid (PNA) monomers using Mitsunobu reaction // Tetrahedron. 2001. V. 57. P. 7909-7917.

16. Lyanov M.A., Kirillova Yu.G., Prokhorov D.I., Lyutik A.I., Esipova O.V., Shvets V.I. Synthesis of two PNA thymine monomers based on L-alanine and glycine // Vestnik MITHT (Fine Chem. Technol.). 2010. V. 5. № 1. P. 104-108. (in Russ.).

17. Chen S.M., Mohan V., Kiely J.S., Griffith M.C., Griffey R H. Molecular dynamics and NMR studies of single-stranded PNAs // Tetrahedron Lett. 1994. V. 35. P. 5105-5108.

18. He W., Crawford M.J., Rapireddy S., Madrid M., Gil R.R., Ly D.H., Achim C. The structure of a γ-modified peptide nucleic acid duplex // Mol. BioSyst. 2010. V. 6. P. 1619-1629.

19. Yeh J.I., Shivachev B., Rapireddy S., Crawford M.J., Gil R.R., Du S., Madrid M., Ly D.H. Crystal structure of chiral γPNA with complementary DNA strand: Insights into the stability and specificity of recognition and conformational preorganization // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P.10717-10727.