Nukleiinihappotemplatoitu polymerisaatio - Aho, Aapo (My University, 2018)
Nukleiinihappotemplatoidussa polymerisaatiossa on kyse nukleoemästen spesifisen emäspariutumisen (Watson–Crick) katalyyttisyydestä. Katalyyttisyys perustuu nukleoemäksiä sisältävien polymeeriyksikköjen paikalliskonsentraation kasvuun. Nukleiinihappojen erilaiset emässekvenssit sisältävät informaatiota, joka templatoidussa polymerisaatiossa siirtyy polymeeriin. Luonnon esimerkit nukleiinihappotemplatoiduista polymerisaatiosta ovat translaatio ja transkriptio. Näihin prosesseihin pohjautuu molekulaarinen evoluutio, johon tukeutumalla organismit ovat saavuttaneet miljardien vuosien aikana monimutkaisen rakenteen ja toiminnan. Nukleiinihappotemplatoitua polymerisaatiota käsitellään tässä tutkielmassa kahtena aihepiirinä. Ensimmäinen koskee nukleiinihappojen ei-entsymaattista replikaatiota. Ei-entsymaattinen replikaatio on relevantti prebioottisen maailman mallinnuksen vuoksi. Kysymys siitä, miten ensimmäinen geneettinen materiaali kykeni monistamaan itseään ennen entsyymien läsnäoloa, ei ole lainkaan triviaali. Ei-entsymaattinen replikaatio on pitkään haastanut tutkijoita, mutta viime vuosina on löydetty lupaavia menetelmiä aktivoida nukleotidit replikaatiota varten etukäteen tai in situ. Toisessa osiossa käsitellään nukleosidianalogien DNA-templatoitua polymerisaatiota dynaamisella kombinatorisella kemialla (DCC). DCC:ssä polymerisaatio tapahtuu reversiibelein ligaatioreaktioin. Idea reversiibelistä ligaatiokemiasta on saanut alkunsa virheellisten (ei-spesifisten) kytkentöjen ongelmasta luonnollisten nukleiinihappojen replikaatiossa. Reversiibelillä ligaatiokemialla nukleiinihappo replikoituu termodynaamisen tasapainon ajamana täsmällisemmin. DCC:n saavutuksiin kuuluu mm. monimuotoisia sivuketjuja sisältävien peptidinukleiinihappojen synteesi. Mielenkiintoisia ovat myös boronaatti¬esteri-fikaatioon perustuvat nukleosidianalogien oligomerisaatiot, joita voidaan ohjata reaktioliuoksen happamuudella. Nukleosidianalogien potentiaalisia sovelluksia ovat mm. molekyylien ohjattu evoluutio ja synteetiset solut. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin nukleosidien dioksaanianalogien käytettävyyttä nukleiinihappotemplatoidussa oligomerisaatiossa. Työssä osoitettiin N(Me)-alkoksiamiini-funktiolla varustetun nukleosidin kondensoituvan reversiibelisti nukleosidin dioksaanianalogin hemiasetaaliin. Ligaatioreaktion nopeus ja tasapainon asema olivat riippuvaisia reaktioliuoksen happamuudesta. Tulokset viittasivat tutkittujen dioksaanianalogien olevan potentaalisia rakenneyksikköjä DNA-templatoituun DCC-pohjaiseen oligomerisaatioon.
Keywords: nukleosidi, nukleotidi, nukleiinihappo, DNA, RNA, PNA nukleosidianalogi, katalyysi, templaatti, polymerisaatio, supramolekulaarinen kemia, dynaaminen kombinatorinen kemia