Allt eftersom medicinsk forskning fortskrider, traditionella behandlingsprotokoll håller snabbt på att uttömmas. Nya metoder för att behandla sjukdomar som inte svarar på konventionella läkemedel är tidens behov. På jakt efter dessa tillvägagångssätt, vetenskapen har vänt sig till ett brett spektrum av potentiella svar, inklusive artificiella nukleinsyror. Konstgjorda eller xenonukleinsyror liknar naturligt förekommande nukleinsyror (tänk DNA och RNA) - men produceras helt i laboratoriet.

Xenonukleinsyror är väsentliga för utvecklingen av nukleinsyrabaserade läkemedel. Att vara effektiv, de måste kunna binda stabilt till naturligt RNA (en cellulär enkelsträngad version av DNA, som är avgörande för alla kroppsprocesser). Dock, det är oklart hur, Om överhuvudtaget, RNA hybridiserar med dessa xenonukleinsyror. En ny studie av forskare från Japan kastar ljus över denna mekanism, öppna dörrar för utvecklingen av potentiellt revolutionerande nukleinsyrabaserade läkemedel.

I deras experimentella studie publicerad i Communications Chemistry, forskarnas team kunde bestämma tredimensionella strukturer för RNA-hybridisering med de artificiella nukleinsyrorna serinolnukleinsyra (SNA) eller L-treoninolnukleinsyra (L-aTNA), två av de få xenonukleinsyror som effektivt kan binda och bilda duplex med naturligt RNA. Denna studie var resultatet av samarbete mellan forskare vid Graduate School of Engineering vid Nagoya University, Graduate School of Pharmaceutical Sciences vid Nagoya City University, det Exploratory Research Centre on Life and Living Systems (ExCELLS) vid National Institutes of Natural Sciences, och Graduate School of Engineering vid Osaka University.

Naturliga nukleinsyror som DNA och RNA har en "ryggrad" av sockerfosfat och kvävebaserade komponenter; medan de kvävebaserade komponenterna i SNA och L-aTNA förblir desamma, de har istället en aminosyrabaserad ryggrad. SNA och L-aTNA har fördelar jämfört med andra artificiella nukleinsyror på grund av deras enkla struktur, enkel syntes, utmärkt vattenlöslighet, och hög nukleasresistens. Dessa egenskaper gör dem mer lämpade för att utveckla nukleinsyraläkemedel. "Eftersom SNA och L-aTNA kan binda till naturliga nukleinsyror, vi ville veta vad som är nyckeln till att stabilisera duplexstrukturen mellan SNA eller L-aTNA och RNA, " säger Dr Yukiko Kamiya, huvudforskaren i studien, "och därför, vi började arbeta med att bestämma den tredimensionella strukturen."

De fann att intramolekylära (inom molekyl) interaktioner är viktiga för att hålla de spiralformade (tvinnade) dubbelsträngade strukturerna som bildas av acykliska nukleinsyror och RNA stabila. Medan spiralformade strukturer av naturliga nukleinsyror är A-typ, vilket betyder att de vrider sig åt höger, dessa syntetiska duplexstrukturer verkade ligga i linje i ett vinkelrät mönster, vilket resulterar i större ytor mellan varje varv av helixen. Dessutom, de erhöll trippelsträngade strukturer bestående av L-aTNA eller SNA och RNA, genom interaktioner med "Hoogsteen baspar", som visas i figur 1.

Dessa fynd ifrågasätter många saker som vi hittills har trott vara grundläggande inom biologin. Ribose, sockret i ryggraden i naturliga nukleinsyror, verkar inte vara nödvändigt för att bilda en stabil duplex, i motsats till den för närvarande vedertagna kunskapen. Varför valde naturen då ribos? "Detta är kanske bättre besvarat genom framtida studier som tittar på den spiralformade strukturen, " säger Dr Kamiya.

Tills vidare, hennes team är glada över att deras resultat öppnar upp för fler läkemedelsutvecklingsvägar. "Den strukturella förståelsen av dessa duplexer kan hjälpa oss att komma fram till nya konstruktioner av nukleinsyrabaserade läkemedel. Vi hoppas att genom dessa fynd, utvecklingen av nukleinsyraläkemedel kommer att accelerera, " hon säger.

Dessa insikter, självklart, gå utöver medicinska tillämpningar. Nukleinsyror är ritningarna för "konstruktionen" av alla levande organismer, men vi inser att många av deras hemligheter fortfarande är avslöjade. Dessa fynd belyser ett litet men betydelsefullt kapitel av nukleinsyror.