Naarmate het medisch onderzoek vordert, traditionele behandelprotocollen raken snel uitgeput. Nieuwe benaderingen voor de behandeling van ziekten die niet reageren op conventionele medicijnen zijn de noodzaak van het uur. Op zoek naar deze benaderingen, wetenschap heeft zich tot een breed scala aan mogelijke antwoorden gewend, inclusief kunstmatige nucleïnezuren. Kunstmatige of xeno-nucleïnezuren zijn vergelijkbaar met natuurlijk voorkomende nucleïnezuren (denk aan DNA en RNA), maar worden volledig in het laboratorium geproduceerd.

Xeno-nucleïnezuren zijn essentieel voor de ontwikkeling van op nucleïnezuur gebaseerde geneesmiddelen. Effectief zijn, ze moeten stabiel kunnen binden aan natuurlijk RNA (een cellulaire enkelstrengs versie van het DNA, wat essentieel is voor alle lichaamsprocessen). Echter, het is onduidelijk hoe, als al, RNA hybridiseert met deze xeno-nucleïnezuren. Een nieuwe studie door onderzoekers uit Japan werpt licht op dit mechanisme, deuren openen voor de ontwikkeling van potentieel revolutionaire op nucleïnezuur gebaseerde geneesmiddelen.

In hun experimentele studie, gepubliceerd in Communications Chemistry, het team van de onderzoekers was in staat om driedimensionale structuren van RNA-hybridisatie te bepalen met de kunstmatige nucleïnezuren serinol-nucleïnezuur (SNA) of L-threoninol-nucleïnezuur (L-aTNA), twee van de weinige xeno-nucleïnezuren die in staat zijn om effectief duplexen te binden en te vormen met natuurlijk RNA. Deze studie was het resultaat van een samenwerking tussen onderzoekers van de Graduate School of Engineering van Nagoya University, de Graduate School of Pharmaceutical Sciences van Nagoya City University, het Exploratory Research Centre on Life and Living Systems (ExCELLS) van de National Institutes of Natural Sciences, en de Graduate School of Engineering van de Universiteit van Osaka.

Natuurlijke nucleïnezuren zoals DNA en RNA hebben een "ruggengraat" van suikerfosfaat en op stikstof gebaseerde componenten; terwijl de op stikstof gebaseerde componenten in SNA en L-aTNA hetzelfde blijven, ze hebben in plaats daarvan een op aminozuren gebaseerde ruggengraat. SNA en L-aTNA hebben voordelen ten opzichte van andere kunstmatige nucleïnezuren vanwege hun eenvoudige structuur, gemakkelijke synthese, uitstekende wateroplosbaarheid, en hoge nucleaseresistentie. Deze eigenschappen maken ze meer geschikt voor het ontwikkelen van nucleïnezuurgeneesmiddelen. "Omdat SNA en L-aTNA kunnen binden aan natuurlijke nucleïnezuren, we wilden weten wat de sleutel is om de duplexstructuur tussen SNA of L-aTNA en RNA te stabiliseren, " zegt Dr. Yukiko Kamiya, de hoofdwetenschapper van het onderzoek, "en daarom, we begonnen te werken aan het bepalen van de driedimensionale structuur."

Ze ontdekten dat intramoleculaire (binnen-molecuul) interacties belangrijk zijn om de spiraalvormige (gedraaide) dubbelstrengs structuren gevormd uit acyclische nucleïnezuren en RNA stabiel te houden. Terwijl helixstructuren van natuurlijke nucleïnezuren van het A-type zijn, wat betekent dat ze naar rechts draaien, deze synthetische duplexstructuren leken in een loodrecht patroon uit te lijnen, wat resulteert in grotere gebieden tussen elke draai van de helix. In aanvulling, ze verkregen driestrengige structuren bestaande uit L-aTNA of SNA en RNA, via "Hoogsteen basenpaar" interacties, zoals weergegeven in figuur 1.

Deze bevindingen stellen veel vraagtekens bij veel dingen waarvan we tot nu toe hebben aangenomen dat ze fundamenteel zijn in de biologie. ribose, de suiker in de ruggengraat van natuurlijke nucleïnezuren, lijkt niet nodig voor het vormen van een stabiele duplex, in tegenstelling tot de thans aanvaarde kennis. Waarom koos de natuur dan voor ribose? "Dit wordt misschien beter beantwoord door toekomstige studies die kijken naar de spiraalvormige structuur, " zegt dr. Kamiya.

Voor nu, haar team is blij dat hun bevindingen meer mogelijkheden voor de ontwikkeling van geneesmiddelen openen. "Het structurele begrip van deze duplexen kan ons helpen bij het bedenken van nieuwe ontwerpen van op nucleïnezuur gebaseerde medicijnen. We hopen dat door deze bevindingen, de ontwikkeling van nucleïnezuurgeneesmiddelen zal versnellen, " ze zegt.

Deze inzichten, natuurlijk, verder gaan dan medische toepassingen. Nucleïnezuren zijn de blauwdrukken van de "constructie" van alle levende organismen, maar we realiseren ons dat veel van hun geheimen nog steeds worden onthuld. Deze bevindingen werpen licht op een klein maar belangrijk hoofdstuk over nucleïnezuren.