具有均匀氢键合相互作用、同碱基对和异碱基对偏好以及错配辨别力的修饰核碱基制造技术

本文描述了二价核碱基，其各自结合两条核酸链，所述二价核碱基在被掺入核酸主链或核酸类似物主链中，诸如掺入γ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有均匀氢键合相互作用、同碱基对和异碱基对偏好以及错配辨别力的修饰核碱基
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年6月8日提交的美国临时专利申请号62/763,299的权益，该美国临时专利申请以引用方式整体并入本文中。

技术介绍

[0003]本文描述了核碱基、包含核碱基的聚合物单体以及包含核碱基的核酸及其类似物。本文还描述了核碱基、包含核碱基的聚合物单体以及包含核碱基的核酸及其类似物的使用方法。
[0004]对于大多数生物体来说，遗传信息以沃森-克里克(Watson-Crick)碱基配对(其中腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对且胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)配对)的形式编码在双链DNA中。取决于该遗传信息的哪组通过转录和翻译被解码，将确定发育程序和生理状态。开发可被定制设计成序列特异性地结合该遗传生物聚合物(DNA或RNA)的任何部分的分子，从而使得能够控制遗传信息的流动并评估和操作基因组的结构和功能，对于努力解开生命的分子基础的生物学和生物医学研究(包括用于生物学中的基础研究的分子工具)是重要的。这种努力对于治疗和检测遗传疾病的医学和治疗应用也是重要的。
[0005]寡核苷酸在其作为用于生物学中的基础研究的分子工具以及用于治疗和诊断应用的分子试剂(例如在遗传疾病的治疗和检测中)的用途方面是通用的。通常，寡核苷酸分子是单链DNA或RNA或其衍生物的短片段(长度为10-30个核苷酸)。它们可包括连接到腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)或尿苷(U)核碱基的糖磷酸二酯主链或其他主链。它们被设计成通过沃森-克里克碱基配对(其中A与T(或U)配对且C与G配对)结合至DNA或RNA靶标。寡核苷酸分子已被用于宽范围的应用中，包括例如核酸序列信息的查询、RNA结构的操作和基因表达的调控。许多这些应用的成功依赖于寡聚物以紧密和序列特异性的方式结合DNA或RNA靶的能力。对细胞内和体内基因靶向的另外要求包括酶促稳定性和细胞渗透性。

技术实现思路

[0006]提供一种基因识别试剂，其包含连接到核酸主链或核酸类似物主链的多个核碱基部分，其中至少一个核碱基部分是：
[0007][0008]其中，X1是＝O(＝是指双键)、＝S、＝Se或CH3；X2是H、CH3、CN、NC、N3、C(O)OH或C(O)NH2；X3是O或S；X4是H、C(O)CH3或C(O)OCH3；并且Y是N或CH，其中在(1)中，当X1和X3是O时，X2不是H或甲基。
[0009]还提供一种化合物，其包含连接到核碱基部分的核酸主链单体或核酸类似物主链单体，所述核碱基部分具有以下结构：
[0010][0011]其中，X1是＝O、＝S、＝Se或CH3；X2是H、CH3、CN、NC、N3、C(O)OH或C(O)NH2；X3是O或S；X4是H、C(O)CH3或C(O)OCH3；并且Y是N或CH，其中在(I)中，当X1和X3是O时，X2不是H或甲基。
附图说明
[0012]图1示出了(A)修饰的核碱基与修饰的核碱基(同源双链体)的氢键合相互作用、(B)天然的核碱基与天然的核碱基的氢键合相互作用、(C)修饰的核碱基与天然的核碱基(异源双链体)的氢键合相互作用。
[0013]图2是显示新设计的寡核苷酸分子在能够选择性地靶向RNA二级结构方面提供的独特优势的示意图。(A)尽管有(a'/a)序列互补性，但含有修饰的(u、c、a和g)核碱基的PNA寡聚物(手性或非手性)不可采用发夹结构，并且能够与其互补的茎-环RNA靶标杂交。(B)紧密结合的寡核苷酸分子(诸如LNA或yPNA)能够侵入茎-环结构，但其在治疗和诊断中的应用由于非特异性结合而构成了相当大的风险。(C)中等亲合力的寡核苷酸，即大多数寡核苷酸分子所落入的类别，由于缺乏结合自由能或由于形成动力学(发夹)陷阱(trap)而不能打开
茎-环结构。
[0014]图3示意性地描绘了RNA(A)二级结构和(B)三级结构的示例，本文所述的寡核苷酸分子能够选择性地靶向这些结构，否则用现有核酸系统难以实现。
[0015]图4提供示例性核碱基的结构。
[0016]图5描绘核酸类似物的示例性核酸类似物残基，包括：硫代磷酸酯DNA(PS DNA)、α,β-受限核酸(α,β-CNA)、2
’-
甲氧基RNA、2
’-
氟RNA、二氨基磷酸酯吗啉代寡聚物(PMO)、锁核酸(LNA)、2
′
,4
′-
受限乙基核酸((S)-cEt)、2
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,4
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桥连核酸NC(N-H)(BNA-NC(N-H))、2
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’
桥连核酸NC(N-甲基)(BNA-NC(N-Me))、((S)-5
’-
C-甲基DNA(RNA))和5
’-
E-乙烯基膦酸酯核酸(E-VP)，其中R是H、OH、F、OMe或O(CH2)2OMe。
[0017]图6提供用于所选核碱基的示例性合成方案。
[0018]图7提供用于所选细胞渗透性γPNA单体的示例性合成方案。
具体实施方式
[0019]除非另有明确说明，否则本申请中指定的各种范围中的数值的使用是以近似值来陈述，如同所陈述范围内的最小值和最大值两者之前都有词语“约”。以这种方式，可使用在所述范围之上和之下的轻微变化来实现与所述范围内的值基本上相同的结果。此外，除非另外指明，否则范围的公开意在作为包括最小值和最大值之间的每个值的连续范围。如本文所用，“一(a/an)”是指一或多。
[0020]如本文所用的术语“包含”是开放式的，并且可与“包括”、“含有”或“特征在于”同义。如本文所用，“包含”一个或多个所述要素或步骤的实施方案还包括但不限于“基本上由这些所述要素或步骤组成”和“由这些所述要素或步骤组成”的实施方案。
[0021]术语“聚合物组合物”是包含一种或多种聚合物的组合物。作为一类，“聚合物”包括但不限于均聚物、杂聚物、共聚物、嵌段聚合物、嵌段共聚物，并且可以是天然的，也可以是合成的。均聚物含有一种类型的构建单元或单体，而共聚物含有超过一种类型的单体。“寡聚物”是包含少量单体(诸如例如3到100个单体残基)的聚合物。因此，术语“聚合物”包括寡聚物。术语“核酸”和“核酸类似物”包括核酸以及核酸聚合物和寡聚物。
[0022]如果所述单体被掺入聚合物中，则该聚合物“包含”该单体或“衍生自”该单体。因此，聚合物所包含的掺入的单体与被掺入聚合物中之前的单体不同，原因至少在于某些连接基团被掺入聚合物主链中或某些基团在聚合过程中被去除。如果聚合物中存在特定类型的键连，则称该聚合物包含该键连。所掺入的单体是“残基”。当被掺入聚合物中时，核酸或核酸类似物的典型单体被称为核苷酸或核苷酸残基。
[0023]“部分”(多个“部分(moieties)”)是化学化合物的一部分，并且包括基团，诸如官能团。因此，核碱基部分是通过连接到另一化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基因识别试剂，其包含连接到核酸主链或核酸类似物主链的多个核碱基部分，其中至少一个核碱基部分是：其中，X1是＝O、＝S、＝Se或CH3；X2是H、CH3、CN、NC、N3、C(O)OH或C(O)NH2；X3是O或S；X4是H、C(O)CH3或C(O)OCH3；并且Y是N或CH，其中在(1)中，当X1和X3是O时，X2不是H或甲基。2.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：3.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：4.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：
5.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：6.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：7.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：8.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：8.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述至少一个核碱基部分是：9.根据权利要求1-8中任一项所述的基因识别试剂，其中所述主链选自以下中的一种：DNA、RNA、肽核酸(PNA)、硫代磷酸酯DNA(PSDNA)、α,β-受限核酸(α,β-CNA)、2
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甲氧基RNA、2
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氟RNA、锁核酸(LNA)、2
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受限乙基核酸((S)-cEt)、2
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桥连核酸NC(N-H)(BNA-NC(N-H))、2
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桥连核酸NC(N-甲基)(BNA-NC(N-Me))、2
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(R)-(S)-5
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C-甲基DNA或2
’-
R-5
’-
E-乙烯基膦酸酯核酸(E-VP)，其中R是H、OH、F、OMe或O(CH2)2OMe主链。10.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述主链是肽核酸(PNA)主链。11.根据权利要求10所述的基因识别试剂，其中所述主链被聚乙二醇化，其中具有2到50个(-O-CH
2-CH
2-)残基的一个或多个PEG部分被连接到所述主链。
12.根据权利要求10所述的基因识别试剂，其中所述主链包含一个或多个连接到所述主链的胍部分。13.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述主链是γ肽核酸(γPNA)主链。14.根据权利要求1所述的基因识别试剂，其中所述主链是包含残基的PNA主链，其中n是1或更大，R1、R2、R3、R4、R5和R6独立地为：H；CH3、CH2OH、CH(CH3)OH、CH2SH、CH(CH3)CH3、CH2CH(CH3)CH3、CH(CH3)CH2CH3、CH2CH2SCH3、CH2CH3、CH
2-C6H5、CH
2-C6H4OH、1H-吲哚-3-基甲基、CH2C(O)OH、CH2CH2C(O)OH、CH2C(O)NH2、CH2CH2C(O)NH2、1H-咪唑-4-基甲基、CH2CH2CH2CH2NH2或CH2CH2CH2NHC(NH)NH2；直链或支链(C
3-C8)烷基、(C
2-C8)烯基、(C
2-C8)炔基、(C
3-C8)芳基、(C
3-C8)环烷基、(C
3-C8)芳基(C
1-C6)亚烷基、(C
3-C8)环烷基(C
1-C6)亚烷基、含胍的基团、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-OH、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-NH2、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-SH、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-NHC(NH)NH2、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-吗啉、CH
2-(OCH
2-CH2)
n-哌嗪、哌嗪、
其中X是接头，R1和R2一起形成1,3-亚丙基键连，R3和R4一起形成1,3-亚丙基键连，或R5和R6一起形成1,3-亚丙基键连，并且每个R7独立地为核碱基。15.根据权利要求14所述的基因识别试剂，其中R1、R2、R3、R4、R5和R6中的至少一个是S1A、S1B、S1C、S1D、S1E、S1F、S1G、S1H、S1I、S1J、S1K或S1L。16.根据权利要求14或15所述的基因识别试剂，其中α-碳、β-碳或γ-碳是手性中心。17.根据权利要求16所述的基因识别试剂，其中所述γ-碳是手性中心。18.根据权利要求17所述的基因识别试剂，其中R2是：19.根据权利要求16所述的基因识别试剂，其中R1、R3、R4、R5和R6是H。20.根据权利要求1-19中任一项所述的基因识别试剂，其包含连接到所述核酸主链或核酸类似物主链的端基，所述端基用于在核酸模板上自组装两种或更多种相邻的基因识别试剂。21.根据权利要求20所述的基因识别试剂，其中所述端基是2到5个环稠合的多环芳族部分。22.根据权利要求20所述的基因识别试剂，其中所述端基是巯基或硫酯基。23.根据权利要求1-22中任一项所述的基因识别试剂，其中所述多个核碱基部分形成包含以下的序列：TTC、TTCTTC、TCT、TCTTCT、CTT、CTTCTT、CCG、CCGCCG、CGC、CGCCGC、GCC、GCCGCC、CGG、CGGCGG、GCG、GCGGCG、GGC、GGCGGC、CTG、CTGCTG、TGC、TGCTGC、GCT、GCTGCT、CAG、CAGCAG、AGC、AGCAGC、GCA、GCAGCA、CAGG、CAGGCAGG、AGGC、AGGCAGGC、GGCA、GGCAGGCA、GCAG、GCAGGCAG、AGAAT、GAATA、AATAG、ATAGA、TAGAA、GGCCCC、GCCCCG、CCCCGG、CCCGGC、CCGGCC和CGGCCC或前述中任一种的连续重复。24.根据权利要求1-23中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：卡耐基梅隆大学，
类型：发明
国别省市：