Synthese und Charakterisierung von neuartigen Spirohexen-modifizierten Nukleosiden für die Markierung von DNA mittels bioorthogonaler Reaktionen

Abstract

Die gezielte chemische Modifikation von Nukleinsäuren eröffnet neue Möglichkeiten zur spezifischen Visualisierung biologischer Prozesse. Besonders bioorthogonale Reaktionen, wie die Diels-Alder-Reaktion mit inversem Elektronenbedarf (iEDDA) oder Photoclick-Reaktionen, haben sich als leistungsfähige Werkzeuge in der chemischen Biologie etabliert. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung neuartiger, chemisch modifizierter Nukleoside und Peptidnukleinsäuren zur dynamischen Visualisierung zellulärer Prozesse in vitro und in vivo. Im ersten Teil der Arbeit werden Spirohexen-modifizierte Nukleoside und Oligonukleotide synthetisiert und hinsichtlich ihrer Reaktivität in iEDDA- sowie Photoclick-Reaktionen untersucht. Dabei liegt der Fokus auf dem Einfluss der Nukleobasen und der Linkerstruktur auf die Reaktionskinetik und die Fluoreszenzintensität. Spirohexene bieten aufgrund ihrer hohen Ringspannung und chemischen Stabilität ein bislang unerforschtes Potenzial als Reportergruppe in Oligonukleotiden und eignen sich durch ihre duale Funktionalität sowohl für iEDDA- als auch Photoclick-Markierungen. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Synthese von verschieden modifizierten acpcPNA-Sonden, welche mit den Fluorophoren Cy3 oder Atto647N markiert werden. Ziel ist es, mittels Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) die Hybridisierung mit der sonic hedgehog-mRNA in Zebrafisch-Embryonen sichtbar zu machen. Durch die hohe Stabilität der PNA/RNA- und PNA/DNA-Duplexe im Vergleich zu natürlichen Nukleinsäuren wird eine effizientere Hybridisierung und ein stärkerer FRET-Effekt erwartet, was die Sensitivität der Fluoreszenzsignale in vivo verbessert