Конвергентный синтез фосфородиамидатных морфолиноолигонуклеотидов (ПМО) с помощью H

Oct 15, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12576 (2023) Цитировать эту статью

243 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Фосфородиамидатморфолиноолигонуклеотиды (ФМО) представляют собой многообещающий тип антисмысловых олигонуклеотидов, но их сложный синтез затрудняет доступ к ним. В этом исследовании представлен эффективный синтетический подход к PMO с использованием подхода H-фосфоната. Использование конденсирующих реагентов фосфониевого типа значительно сократило время реакции по сравнению с текущим синтетическим подходом. Кроме того, конденсирующие реагенты фосфониевого типа облегчают конденсацию фрагментов PMO, синтезируя до 8-меров, содержащих все четыре нуклеиновых основания, с замечательной эффективностью связывания. Это первый отчет о конвергентном синтезе PMO. Этот подход облегчит крупномасштабный синтез ПМО и ускорит их популярность и доступность в качестве терапии следующего поколения.

Антисмысловой подход привлек внимание исследователей как потенциальная будущая терапия для контроля экспрессии генов, связанных с заболеваниями1,2,3. Фосфородиамидатные морфолиноолигонуклеотиды (PMO) с неионными межнуклеотидными связями и морфолино-остовом считаются многообещающими антисмысловыми лекарствами4,5. Высокая аффинность связывания с целевой мРНК4, специфичность последовательности6,7, растворимость в воде6 и низкая токсичность PMO7,8,9,10 были подтверждены в предыдущих исследованиях. На сегодняшний день одобрены четыре антисмысловых препарата для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (Exondys 51®11, Vyondys 53®12, Viltepso®13, Amondys 45®14), и ожидается, что в будущем будут одобрены еще несколько препаратов PMO. Кроме того, был синтезирован новый аналог PMO, называемый тиофосфорамидатморфолиноолигонуклеотидами (TMO), который показал потенциал в качестве нового кандидата на лекарственное средство в антисмысловой терапии15. Быстрый прогресс в области ПМО увеличил потребность в разработке эффективных подходов к синтезу ПМО и аналогов ПМО. В частности, для доступности антисмысловой терапии для пациентов необходим синтетический подход, который позволяет синтезировать ФМО сразу в больших масштабах. На сегодняшний день разработано множество синтетических подходов. О первом синтетическом подходе к PMO сообщили Саммертон и Веллер5 (рис. 1-А). В этом подходе в качестве мономерных единиц (А) использовались морфолинонуклеозиды, несущие N,N-диметиламинохлорфосфорамидатный фрагмент в 5'-гидроксигруппе и тритильную (Tr) группу в аминогруппе. ПМО были синтезированы путем повторения конденсации 5'-N,N-диметиламинохлорфосфорамидатной группы мономера (А) с аминогруппой на 3'-конце олигомера после удаления Тр-группы на 3'-конце5. Этот подход широко используется, но имеет несколько признанных проблем, включая низкую реакционную способность мономеров и длительное время реакции для завершения реакции конденсации. В 2012 году Харакава и др. обнаружили, что добавление LiBr к реакционной смеси было эффективным и приводило к значительному ускорению реакции (приблизительно десятикратное улучшение)16. Кроме того, Ли и др.17 обнаружили, что при повышении температуры реакции до 90 °C реакция конденсации завершалась в течение 8 минут, что позволило им синтезировать 18мер-ПМО всего за 3,5 часа с использованием проточного реактора. Кунду и др.18 сообщили о синтезе PMO с использованием автоматического олигосинтезатора. В этом отчете синтез 3-мерного PMO в растворе был осуществлен с использованием химии Fmoc. Кроме того, с помощью ДНК-синтезатора были синтезированы 30-мерные PMO.

Современные подходы к синтезу производных ПМО.

Недавно Лангнер и др.15 сообщили о новом синтетическом подходе к синтезу ТМО с использованием производных фосфородиамидита в качестве мономеров (рис. 1-B). В отличие от PMO, TMO имеют фосфортиоамидатную связь, которая показала многообещающие свойства в качестве антисмысловых олигонуклеотидов. ТМО продемонстрировали высокую аффинность связывания РНК и высокую нуклеазную стабильность. Более того, химерные ТМО продемонстрировали свой потенциал в качестве ингибиторов микроРНК. Как показано на рис. 1-B, в этом подходе в качестве мономерных звеньев используются производные морфолинофосфородиамидита, несущие 4,4'-диметокситритильную (DMTr) группу на 5'-гидроксигруппе (B). Процесс синтеза включал конденсацию морфолино-фосфородиамидитного мономера (Б) с гидроксигруппой на 5'-конце олигомера в присутствии кислотного активатора, такого как 5-этилтио-1Н-тетразол (ЭТТ), с последующей сульфуризацией промежуточный фосфорамидит (C). Последующее детритилирование с последующими повторяющимися циклами синтеза привело к образованию ТМО. Сообщаемый выход сочетания составил 95–97% при времени реакции конденсации 5 мин15. Хотя этот подход эффективен для синтеза ТМО, он неприменим для синтеза ПМО. Этот метод дал производное фосфорамидита (C) в качестве промежуточного соединения, но из этого промежуточного соединения не получается желаемая фосфордиамидатная связь PMO.