Peptide Nucleic Acids (PNA) as a versatile tool for modulation of biological systems with visible light

Das Hauptziel dieser Arbeit war die Kombination neuartiger photoschaltbarer Moleküle, die möglicherweise im Bereich des sichtbaren Lichts operieren, mit PNA (Peptidonukleinsäuren) - künstlichen Oligonukleotidanaloga mit hoher Hybridisierungsaffinität und Sequenzselektivität gegenüber komplementären DNA- und RNA-Strängen. Die Bindung ist so stark, dass unter optimalen Bedingungen Genexpressionen (Antigene) und Übersetzungen in Proteine (Antisense) in vivo verhindert werden können. Aufgrund einer hochspezifischen Hybridisierung mit einem Oligomer von >10 Nukleobasen können kurze PNA-Oligomere selektiv auf bestimmte Ziele innerhalb lebender Zellen oder Organismen abzielen, ohne die übrige biosynthetische Maschiner ie der Zelle zu stören. Das langfristige Ziel dieser Arbeit war die Implementierung photoschaltbarer Einheiten, wie das Azobenzol oder ein Spiropyran, um ein reversibles Schalten des Antigens oder des Antisense- Effekts mit sichtbarem Licht zu erreichen. In einem Nachfolgeprojekt wurde die PNA für Untersuchungen gegen das HIV (humanes Immunschwächevirus) eingesetzt. HIV verursacht AIDS, eine der derzeit anspruchsvollsten Krankheiten. Das Virus selbst greift das Immunsystem an und vernichtet es systematisch. Da das Virus unsere DNA benutzt, um sich zu reproduzieren, wird es nicht als "Eindringling" erkannt. Es breitet sich leicht aus, und eine kommerziell verfügbare Heilung ist noch nicht bekannt, obwohl kürzlich eingeführte antiretrovirale Therapien die Virusmenge vorübergehend unter die Nachweisgrenze senken können. Die derzeitige Hypothese ist, dass das Virus irgendwo im Organismus konserviert wird, wo es von den üblichen Medikamenten nicht erreicht werden kann. Da es Fluoreszenzfarbstoffe gibt, die eine Erhöhung der Fluoreszenzintensität (einen Aufhellungseffekt) zeigen, während sie innerhalb eines Doppel-Oligonukleotidstra ngs (RNA/RNA; RNA/DNA; DNA/DNA; PNA/DNA; PNA/RNA) hybridisiert sind, haben wir versucht, ein analytisches Werkzeug zum Nachweis von HIV-RNA zu konstruieren. Die fluoreszierende Lokalisierung der HI-Viren würde wiederum dazu beitragen, Medikamente zu entwickeln, die die letzten Reservoire des Virus erreichen und es effizient aus dem Organismus ausrotten können. Die Region der HIV-RNA, auf die wir mit PNA-Sequenzen abzielen wollen, ist bekanntlich die wichtigste Region für die Vermehrung. Eine Blockierung dieser Region mit einer komplementären PNA würde verhindern, dass sie die richtige Faltung annimmt. Dies würde zu einem Knockdown führen, was die weitere Ausbreitung des Virus behindern würde. Eine andere Strategie bestand darin, das Ende der PNA-Sequenzen mit einer chemischen Ribonuklease zu dekorieren. Ein solches PNA-Oligomer würde die komplementäre RNA sequenzspezifisch ausschneiden und so die RNA des Virus und damit das Virus selbst zerstören

Fluorinated Azobenzenes Switchable with Red Light

Molecular photoswitches triggered with red or NIR light are optimal for photomodulation of complex biological systems, including efficient penetration of the human body for therapeutic purposes (“therapeutic window”). Yet, they are rarely reported, and even more rarely functional under aqueous conditions. In this work, fluorinated azobenzenes are shown to exhibit efficient E→Z photoisomerization with red light (PSS660nm >75 % Z) upon conjugation with unsaturated substituents. Initially demonstrated for aldehyde groups, this effect was also observed in a more complex structure by incorporating the chromophore into a cyclic dipeptide with propensity for self-assembly. Under physiological conditions, the latter molecule formed a supramolecular material that reversibly changed its viscosity upon irradiation with red light. Our observation can lead to design of new photopharmacology agents or phototriggered materials for in vivo use

Selective release of a potent anticancer agent from a supramolecular hydrogel using green light

Light-triggered drug release from hydrogels is a promising method to improve efficiency of antitumor treatment, as an alternative to existing photodynamic therapies. Here we report a photochromic supramolecular low-MW hydrogel that can quickly and selectively release a physically encapsulated potent anticancer agent upon green light irradiation under physiological conditions

Solvent effects on acrylate kp in organic media? - A systematic PLP-SEC study

The Arrhenius parameters of the propagation rate coefficient, kp, are determined employing high-frequency pulsed laser polymerization-size exclusion chromatography (PLP-SEC) for the homologous series of five linear alkyl acrylates (i.e., methyl acrylate (MA), butyl acrylate (BA), dodecyl acrylate (DA), stearyl acrylate (SA), and behenyl acrylate (BeA)) in 1 M solution in butyl acetate (BuAc) as well as in toluene. The comparison of the obtained kp values with the literature known values for bulk demonstrates that no significant solvent influence neither in BuAc nor in toluene on the propagation reaction compared to bulk is detectable. Concomitantly, the kp values in toluene and in BuAc solution display a similar increase with increasing number of C-atoms in the ester side chain as was previously reported for the bulk systems. These findings are in clear contrast to earlier studies, which report a decrease of kp with increasing ester side chain length in toluene. The additional investigation of the longest and shortest ester side chain acrylate (i.e., BeA and MA) over the entire experimentally available concentration range at one temperature (i.e., 50 °C) does not reveal any general concentration dependence and all observed differences in the kp are within the experimental error. (Graph Presented). © 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Solvent Effects on kp in Organic Media?: Statement to the Response

A recent response on a publication from our team investigating solvent effects on propagation rate coefficients is commented. Among other issues, we point to the fact that the response interprets only a subset of the data provided in our original contribution. We respond to a recent response on a publication from our team investigating solvent effects on propagation rate coefficients. Among other issues, we point to the fact that the response interprets only a subset of the data provided in our original contribution. © 2015 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Fluorinated Azobenzenes Switchable with Red Light

Molecular photoswitches triggered with red or NIR light are optimal for photomodulation of complex biological systems, including efficient penetration of the human body for therapeutic purposes (“therapeutic window”). Yet, they are rarely reported, and even more rarely functional under aqueous conditions. In this work, fluorinated azobenzenes are shown to exhibit efficient E→Z photoisomerization with red light (PSS660nm >75 % Z) upon conjugation with unsaturated substituents. Initially demonstrated for aldehyde groups, this effect was also observed in a more complex structure by incorporating the chromophore into a cyclic dipeptide with propensity for self-assembly. Under physiological conditions, the latter molecule formed a supramolecular material that reversibly changed its viscosity upon irradiation with red light. Our observation can lead to design of new photopharmacology agents or phototriggered materials for in vivo use