Silseskvioksaaniin perustuva organonanotsyymi - Tuomi, Iris (My University, 2025)
Epänormaali geenien säätely voi johtaa sairauksien syntyyn. Perinteisillä terapeuttisilla menetelmillä tällaisiin sairauksiin vaikutetaan patogeenisten proteiinien tasolla. Näillä menetelmillä on kuitenkin useita haasteita, minkä vuoksi katalyyttinen, sekvenssispesifinen vaikuttaminen RNA-tasolla on osoittautunut potentiaaliseksi vaihtoehdoksi perinteisille, esimerkiksi pienmolekulaarisiin lääkkeisiin perustuville, menetelmille. Tällä hetkellä laajimmin tutkitut terapeuttiset menetelmät sekvenssispesifiseen vaikuttamiseen RNA-tasolla ovat antisense-oligonukleotidit sekä pienet häiritsevät RNA:t eli siRNA:t, mutta niiden terapeuttiseen käyttöön liittyvien haasteiden vuoksi keinotekoiset ribonukleaasit ovat osoittautuneet hyvinkin potentiaaliseksi vaihtoehdoksi. Keinotekoiset ribonukleaasit katalysoivat RNA:n fosfodiesterisidosten hydrolyysiä eli ne kykenevät pilkkomaan kohde-RNA:ta. Keinotekoisissa ribonukleaaseissa katalyyttiseen osaan on liitetty tunnistussekvenssi kohteen tunnistamista varten. Katalyyttisen osan toiminta perustuu usein koordinoituneiden metalli-ionien happo/emäsvuorovaikutukseen, mutta se voi myös olla puhtaasti organokatalyyttinen. Terapeuttisten oligonukleotidien yhteisenä haasteena on kuitenkin heikko soluun kulkeutuminen. Tämän vuoksi niistä valmistetaan usein nanopartikkeleita tai konjugaatteja soluspesifisten ligandien kanssa soluun oton tehostamiseksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli syntetisoida RNA:n fosfodiesterisidoksien katkaisemista katalysoiva polyoktavalentti arginiinilysiini-silseskvioksaanikuutio (COSS-lysiini-arginiini) ja tutkia sen tehokkuutta organokatalyyttinä sekä mahdollisena koordinaatiokompleksina Zn2+-, Cu2+- ja Pd2+-ionien kanssa. Seuraavaksi tavoitteena oli syntetisoida katalyytistä kaksi erilaista HER2-geeniä spesifisesti pilkkovaa pallonukleiinihappoa, eli organonanotsyymiä. Nanotsyymit ovat yleinen nimitys nanopartikulaarisille keinotekoisille entsyymeille. Organo puolestaan viittaa keinotekoisen entsyymin organokatalyyttiseen toimintaan. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, miten tunnistussekvenssien lisääminen katalyyttiin vaikuttaa kohde-RNA:n pilkkomisen tehokkuuteen. Katalyytti sekä siitä muodostetut pallonukleiinihapot syntetisoitiin onnistuneesti. Katalyytin todettiin toimivan tehokkaammin pelkkänä organokatalyyttinä, minkä vuoksi sen kykyä katalysoida HER2-geenin pilkkoutumista tutkittiin tarkemmin katalyytillä ilman metallia. Organokatalyytti osoittautui hyvinkin tehokkaaksi HER2-geenin pilkkomisessa. Pallonukleiinihappojen synteesiin käytettiin rengasjännitteistä alkyyni-atsidi sykloadditiota (SPAAC) bisyklononyyni(BCN)-modifioitujen 2’-O-metyyli-RNA-juosteiden ja atsideilla modifioidun silseskvioksaanin välillä. Pallonukleiinihappojen kykyä katalysoida HER2-geenin pilkkoutumista tarkasteltiin myös pelkkinä organokatalyytteinä. Pallonukleiinihappojen katalysoimat HER2-geenin hydrolyysireaktiot olivat huomattavasti hitaampia, kuin pelkällä organokatalyytillä. Komplementaaristen oligonukleotidijuosteiden lisäämisen organokatalyyttiin oletettiin nopeuttavan reaktiota, minkä vuoksi selvitettiin, mistä kohdista HER2-geeni pilkkoutuu katalyytin vaikutuksesta. Tulosten perusteella oli havaittavissa yksi selkä katkaisukohta, joka sijaitsee pallonukleiinihappojen sekä HER2-geenin muodostamien dupleksien komplementaarisella alueella, minkä vuoksi tunnistussekvenssien lisääminen hidasti hydrolyysireaktiota. Tulosten perusteella syntetisoitu COSS-lysiini-arginiini -yhdiste on tehokas organokatalyytti, minkä vuoksi sillä on potentiaalia moniin sovellutuksiin. Pallonukleiinihapot eivät osoittaneet niin suurta potentiaalia kohde-RNA:n pilkkomisessa, mutta tunnistussekvenssien optimoinnilla tuloksista voitaisiin saada parempia.
Keywords: keinotekoiset ribonukleaasit, pallonukleiinihapot, polyoktavalentit silseskvioksaanikuutiot