6'-二氟[4.3.0]双环-DNA的合成，生物物理特性和RNase H活性

在这里，我们提出了6'-二氟化[4.3.0]双环-DNA（6'-diF-bc 4,3 -DNA）的合成，生物物理特性和RNase H谱。从已知的宝石 - 二氟化三环糖合成开始合成二氟化胸苷亚磷酰胺结构单元。通过在核苷酸化步骤期间加入亲电子碘然后还原，通过环丙烷开环将该三环硅氧基二氟环丙烷转化为[4.3.0]双环核苷。该宝石然后将二氟化双环核苷转化成相应的亚磷酰胺结构单元，将其掺入寡核苷酸中。这些寡核苷酸杂交到互补DNA或RNA的热变性实验公开既双工类型的显著不稳定（Δ Ť 米/ mod = -1.6至-5.5°C）。然而，在DNA / RNA杂交体中，通过多次插入修饰单元可以减少去稳定化的量。另外，与RNA杂交的寡核苷酸的CD光谱显示出与天然DNA / RNA双链体相似的结构。此外，由于通过X射线晶体学和从头计算对核苷水平的结构研究指出了南部地区的呋喃糖构象，因此进行了RNase H裂解测定。该实验揭示含有五个修饰单元的寡核苷酸能够引发RNA酶H介导的互补RNA链的切割。

关键词： DNA / RNA亲和力; 氟化环丙烷; 氟化核酸; RNase H活性; 糖修饰的核苷

由于该原子对整体药物行为的有益生物效应，氟原子在药物化学中是非常有吸引力的取代基[1-5]。对药物行为的积极影响不仅限于小分子，也适用于反义寡核苷酸（AONs）[6]。调节反义寡核苷酸性质的有效方法是通过在核苷的糖部分中插入氟原子。通过这种方式，可以控制糖褶皱，这可以理想地导致对互补RNA的亲和力增加[7]。在含有2'-脱氧-2'-氟代RNA（F-RNA）的DNA寡核苷酸中可以发现改善的RNA作为补体的亲和力[8]或2'-脱氧-2'-氟阿拉伯糖核酸（F-ANA，图1）[9]。在前者中，糖褶皱采用C3'- 内型构象[10]，双链体形成是熵稳定的。稳定的原因是由于轴向取向的2'-氟原子的电子效应，Watson-Crick碱基配对和碱基堆积相互作用的强度增加[11,12]。另外，认为3'-相邻核苷酸的2'-氟和4'-氧或5'-氧之间的FC-H ... O氢键有利地有助于F-RNA和F-ANA双链体。[13]。此外，在具有互补RNA的F-ANA的双链体中，在嘧啶 - 嘌呤步骤中提出了核苷间C-H ... F-C假氢键以额外稳定结构[14,15]。在F-ANA的氟取代基的β取向导致笨拙 O4'-C1'-C2'-F2'之间的相互作用利于C2'- 内切 / O4'- 内溶液中的糖的构象[16,17 ]。这些类似DNA的糖构象导致F-ANA是少数能够通过核酸内切酶RNase H触发AON / RNA杂交结构的RNA链切割的修饰[9,18]。。F-ANA和F-RNA都是对几种基于寡核苷酸的沉默应用的吸引人的修饰[8,19-25]。

[1860-5397-15-9-1]

图1：选择的氟修饰核酸的化学结构。

还评价了它们的反义特性是3'-氟化己糖醇核酸FHNA和Ara-FHNA（图1），其中氟分别为轴向或赤道方向。两种修饰优选采用具有轴向取向的核碱基的椅子构象，其模拟C3'- 内切呋喃糖环的构象。使用互补RNA的热变性实验显示FHNA的双链稳定化和Ara-FHNA的双链稳定化。前者稳定的原因被认为是六元环的刚性增加和指向小沟的轴向氟原子的定位的组合。相反，在Ara-FHNA中，氟原子与3'-注入的核苷酸的4'-氧之间的排斥静电相互作用导致核碱基的部分解堆积和双链体形成的不稳定作用[26]。还有其他氟化核酸，如2'-氟环己烯基核酸（F-CeNA，图1）[27]和其他修饰[28-31]已经分析了它们的反义特性。

在我们自己的工作中，我们已经研究了氟取代基在[3.3.0]双环-DNA（bc-DNA）和三环-DNA（tc-DNA）支架的不同位置的影响。与其非氟化化合物相比，所有这些修饰揭示了与互补RNA相同或略微增加的亲和力[32-35]。有趣的是，2'F-tc-ANA（图1）以序列和组成依赖的方式表现出诱导RNA酶H切割互补RNA链的能力[35]。在继续我们的工作后，我们开始对[4.3.0] bicyclo-DNA [36]的氟化感兴趣。因此，[4.3.0]双环-DNA的6'-位被二氟亚甲基取代，并探索了该功能单元的结构效果。在本文中，我们报道了6'-diF-bc 4,3-胸苷类似物的合成和性质（图1），以及含有该修饰的寡核苷酸的生物物理特性。此外，我们研究了RNA酶H 对6'-diF-bc 4,3 - T类似物的底物识别。此外，RNase H实验也用之前报道的6'F-bc 4,3 - DNA进行（图1）[37]。