乙二醇核酸（GNA）及其应用

乙二醇核酸 (GNA)，有时也称为甘油核酸，是一种非天然核酸类似物，基于乙二醇单体单元，具有无环三碳糖磷酸主链，每个重复单元包含一个立体中心。立体异构化合物或分子中心由一个中心原子和四个可区分的配体组成。这些配体中任何两个的互换都会产生立体异构体。立体异构体仅在其原子的空间排列上有所不同。

乙二醇核酸 (GNA) 是一种异种核酸 (XNA)，具有 3'-2' 连接的乙二醇磷酸骨架。 GNA 分子包含与核碱基融合的 3 个碳单元。

GNA 的聚合物结构与 DNA 和 RNA 相似，但其糖-磷酸二酯主链的组成不同。与DNA和RNA相比，GNA主链缩短了一个原子。 GNA 单元是一种简单的基于磷酸二酯的低聚物构建块。DNA 和 RNA 具有脱氧核糖和核糖主链，而 GNA 则包含通过磷酸二酯键连接的重复二醇单元。

乙二醇核酸结构

图 1：GNA、DNA 和 RNA 的化学结构。 GNA 双链体的几种晶体结构已在 0.97 至 1.83 Å 分辨率之间确定（Schlegel 等人和 Johnson 等人）。

Ueda和Imoto小组于1971年和1972年合成了外消旋GNA核苷。Holy小组于1974年合成了对映体纯的化合物，Cook等人于1974年合成了对映体纯的化合物。 Wengel 小组于 1995 年和 1999 年合成了第一个 GNA 亚磷酰胺和含有 GNA 的寡核苷酸。几年后，在 2006 年和 2009 年，Meggers 及其同事发表了改进和简化的方法。

为了进一步减少 GNA 亚磷酰胺的合成步骤总数并实现公斤级合成，Alnylam 小组开发了一种程序，允许使用受保护的嘌呤核碱基对映体纯 DMT-缩水甘油进行开环。

与天然对应物不同，GNA 化学性质稳定，且不知道其天然存在。

GNA 可能具有广泛的应用前景，包括：

• 反义疗法：GNA 与 RNA 形成稳定双链体的能力使其成为设计反义寡核苷酸以抑制特定基因表达的有前途的候选者。

• 适配体的开发：GNA适配体可以以高亲和力和特异性结合特定靶标。可能的应用包括分子诊断、治疗和生物传感器。

• 基因治疗：GNA 可以将基因传递到细胞中以达到治疗目的。

• 人工分子的设计：GNA 可以创建合成 DNA 或 RNA 分子。

• siRNA：施莱格尔等人。 (2020) 观察到，在引导链的第 6 位具有单个 GNA 取代的 siRNA 双链体设计，并且在序列或化学上没有任何进一步的变化，可以最大限度地减少脱靶失调，而不影响靶点活性。

GNA 非常适合稳定性至关重要的应用，例如反义治疗和适体开发。 反义疗法



反义疗法使用核酸来抑制特定基因的表达。 GNA 是合成用于反义治疗的反义寡核苷酸的有前途的候选者，因为它可以与 RNA 形成稳定的双链体，从而防止靶向 RNA 被翻译成蛋白质。 GNA寡核苷酸可以在体外和体内抑制多种基因的表达。

适体

适体以高亲和力和特异性识别并结合特定靶标。 GNA 适体特别有吸引力，因为它们比天然核酸适体更稳定。因此，GNA 非常适合开发诊断、治疗和生物传感器。 GNA 适体可以结合各种靶标，包括蛋白质、细胞和病毒。

基因治疗

基因疗法使用核酸将基因传递到细胞中以达到治疗目的。 GNA 可以将基因传递到细胞中，因为它很稳定并且可以进行修改以纳入靶向序列。

siRNA

siRNA 双链体设计在引导链的位置 6 处具有单个 GNA 取代，可最大限度地减少脱靶效应，而不影响靶点活性。其他应用



除了上述应用之外，GNA 还可用于各种其他应用，包括：

• 纳米技术：使用 GNA 可以创建自组装纳米结构。

• 生物催化：GNA 可以开发具有改进催化活性的新酶。

• 成像：GNA 可用于开发新的成像探针。

GNA 是具有广泛潜在应用的多功能分子。随着 GNA 研究的继续，科学家可能会发现这些分子的更多应用。