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聚合物分子结构对聚乙二醇化寡核苷酸性质的影响

二十世纪七十年代以来,科学家提出了基因治疗的概念并对其进行了大量的研究。然而人们发现常用于基因治疗的寡核苷酸进入体内后与细胞表面受体或血清相互作用,使得寡核苷酸体内稳定性降低,引起包括流感样症状和凝血病等毒副作用。聚乙二醇化(PEGylation)是指将一个或多个乙二醇(PEG)链共价连接到目标分子上的过程,它能够显著提高目标分子的药代动力学性质。聚乙二醇修饰后的寡核苷酸分子稳定性、体内代谢能力等均会提高,同时由于聚乙二醇不具有毒性和免疫刺激性,因而人们对聚乙二醇修饰的寡核苷酸在基因治疗中的应用报以很大期望。

 

在将其应用于基因治疗之前,我们需要对聚乙二醇修饰的寡核苷酸本身性质的改变有着进一步的了解。例如聚乙二醇会对寡核苷酸杂化的热力动力学性质会产生怎样的影响?哪种结构的聚乙二醇能起到对寡聚核苷酸最佳的保护作用?这些问题亟待解决并将有助于推进寡核苷酸药物的应用。


聚合物分子结构对聚乙二醇化寡核苷酸性质的影响

DNA双链稳定性受两种作用相反的效应影响:PEG排除体积效应与PEG-DNA内在的相互作用。


最近,美国东北大学化学与生物化学系张可教授课题组通过对不同结构的聚乙二醇化DNA缀合物的系统研究回答了这些问题。缀合物与互补DNA分子杂化的热力动力学性质研究表明,DNA的热力学稳定性由此类缀合物中存在的两种作用相反的效应影响:排除体积效应与聚乙二醇DNA内在的化学作用。前者能够增强双链DNA稳定性而后者起着相反的作用;这两种效应的效果的强弱由聚乙二醇的分子量与结构共同决定。通过对各类缀合物的酶稳定性的研究,研究人员发现刷状聚乙二醇DNA缀合物(brush polymer-assisted compaction ofDNA,pacDNA)能够显著提高DNA的稳定性。通过改变刷状聚乙二醇的结构,双链DNA的可获得15~30倍酶稳定性。刷状聚乙二醇所具有的巨大空间位阻能有有效减少蛋白质与DNA的接触,却不会影响DNA与互补DNA的杂化作用。该实验结果显示刷状结构更适合于DNA的聚乙二醇化,并为DNA在基因治疗领域中应用提供了新的思路。

 

相关工作发表在Angew.Chem.Int.Ed.(DOI:10.1002/anie.201610753),原文链接如下,或直接点击最下方阅读原文 

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201610753/full


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