乙二醇核酸（GNA）及其應用

乙二醇核酸 (GNA)，有時也稱為甘油核酸，是一種非天然核酸類似物，基于乙二醇單體單元，具有無環三碳糖磷酸主鏈，每個重復單元包含一個立體中心。立體異構化合物或分子中心由一個中心原子和四個可區分的配體組成。這些配體中任何兩個的互換都會產生立體異構體。立體異構體僅在其原子的空間排列上有所不同。

乙二醇核酸 (GNA) 是一種異種核酸 (XNA)，具有 3'-2' 連接的乙二醇磷酸骨架。 GNA 分子包含與核堿基融合的 3 個碳單元。

GNA 的聚合物結構與 DNA 和 RNA 相似，但其糖-磷酸二酯主鏈的組成不同。與DNA和RNA相比，GNA主鏈縮短了一個原子。 GNA 單元是一種簡單的基于磷酸二酯的低聚物構建塊。DNA 和 RNA 具有脫氧核糖和核糖主鏈，而 GNA 則包含通過磷酸二酯鍵連接的重復二醇單元。

乙二醇核酸結構

圖 1：GNA、DNA 和 RNA 的化學結構。 GNA 雙鏈體的幾種晶體結構已在 0.97 至 1.83 ? 分辨率之間確定（Schlegel 等人和 Johnson 等人）。

Ueda和Imoto小組于1971年和1972年合成了外消旋GNA核苷。Holy小組于1974年合成了對映體純的化合物，Cook等人于1974年合成了對映體純的化合物。 Wengel 小組于 1995 年和 1999 年合成了第一個 GNA 亞磷酰胺和含有 GNA 的寡核苷酸。幾年后，在 2006 年和 2009 年，Meggers 及其同事發表了改進和簡化的方法。

為了進一步減少 GNA 亞磷酰胺的合成步驟總數并實現公斤級合成，Alnylam 小組開發了一種程序，允許使用受保護的嘌呤核堿基對映體純 DMT-縮水甘油進行開環。

與天然對應物不同，GNA 化學性質穩定，且不知道其天然存在。

GNA 可能具有廣泛的應用前景，包括：

• 反義療法：GNA 與 RNA 形成穩定雙鏈體的能力使其成為設計反義寡核苷酸以抑制特定基因表達的有前途的候選者。

• 適配體的開發：GNA適配體可以以高親和力和特異性結合特定靶標。可能的應用包括分子診斷、治療和生物傳感器。

• 基因治療：GNA 可以將基因傳遞到細胞中以達到治療目的。

• 人工分子的設計：GNA 可以創建合成 DNA 或 RNA 分子。

• siRNA：施萊格爾等人。 (2020) 觀察到，在引導鏈的第 6 位具有單個 GNA 取代的 siRNA 雙鏈體設計，并且在序列或化學上沒有任何進一步的變化，可以最大限度地減少脫靶失調，而不影響靶點活性。

GNA 非常適合穩定性至關重要的應用，例如反義治療和適體開發。 反義療法



反義療法使用核酸來抑制特定基因的表達。 GNA 是合成用于反義治療的反義寡核苷酸的有前途的候選者，因為它可以與 RNA 形成穩定的雙鏈體，從而防止靶向 RNA 被翻譯成蛋白質。 GNA寡核苷酸可以在體外和體內抑制多種基因的表達。

適體

適體以高親和力和特異性識別并結合特定靶標。 GNA 適體特別有吸引力，因為它們比天然核酸適體更穩定。因此，GNA 非常適合開發診斷、治療和生物傳感器。 GNA 適體可以結合各種靶標，包括蛋白質、細胞和病毒。

基因治療

基因療法使用核酸將基因傳遞到細胞中以達到治療目的。 GNA 可以將基因傳遞到細胞中，因為它很穩定并且可以進行修改以納入靶向序列。

siRNA

siRNA 雙鏈體設計在引導鏈的位置 6 處具有單個 GNA 取代，可最大限度地減少脫靶效應，而不影響靶點活性。其他應用



除了上述應用之外，GNA 還可用于各種其他應用，包括：

• 納米技術：使用 GNA 可以創建自組裝納米結構。

• 生物催化：GNA 可以開發具有改進催化活性的新酶。

• 成像：GNA 可用于開發新的成像探針。

GNA 是具有廣泛潛在應用的多功能分子。隨著 GNA 研究的繼續，科學家可能會發現這些分子的更多應用。