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1、肽核酸的研究进展及展望2004-11-04肽核酸的研究进展及展望刘娜何蕴韶中山大学达安基因诊断中心,广东广州510080[摘要]肽核酸(PeptideNucleicAcids,PNAs),是20世纪90年代初发现的新型DNA/RNA同类物,是一类人工合成的用蛋白质骨架代替核酸中的磷酸核糖骨架而形成的新型分子,由于它拥有诸多DNA/RNA不具备的优点，因此具有非常广泛的分子生物学效应，尤其在疾病的诊断和基因治疗方面有着广泛的应用前景。本文就PNA寡聚体的结构、与核酸杂交的特点及杂交模式，分子生物学效应，合成以及应用
2、等方面予以综述。[关键词]肽核酸;反义;基因诊断自从1991年丹麦Nielsen设计并合成了肽核酸（PNA）以来，因为其对核酸结合的高度特异性和高度亲和力而备受关注。成为继寡核苷酸（oligodeolynucleotides,ODNs）以来更为有效而稳定的反义，抗基因靶向性制剂。在基因诊断、基因治疗、端粒酶活性的抑制等各个分子生物学领域都得到了广泛的应用，在基因调节药物研究方面也显示了强大的潜力。1PNA寡聚物的结构和分子生物学特性PNA是以电中性的肽链酰胺2-氨乙基甘氨酸组成的多聚酰胺键取代了DNA中的戊糖磷酸
3、二酯键骨架而形成的类似核苷酸的物质，每个碱基通过亚甲羰基接头（linker）与甘氨酸碳原子相连形成与靶核酸杂交所需的序列[1]。PNA的书写方式是从5′端至3′端,像传统的DNA序列那样,PNA寡聚体的氨基末端(NH2)相当于DNA的5′端,PNA寡聚体的羧基末端(COOH)相当于DNA的3′末端。尽管PNA单体也具有一个游离的氮末端和一个游离的碳末端，但严格说来它既非肽又非酸，仅仅具有一个拟肽骨架，因而化学上和蛋白质（肽）更为接近。它与DNA的相同之处在于PNA也携带ATCG四种碱基单体，这就保证了PNA能够按
4、照碱基互补的原则识别相应的碱基序列。与DNA不同的是它没有磷酸戊糖骨架，因在结构上与传统的寡核苷酸有所不同,故其与寡核苷酸相比,PNA寡聚体具有独特的特性:PNA寡聚体具有较好的热稳定性、较高的结合亲合力及不依赖于盐浓度的特殊性。它们不被目前已知的任何核酸酶或蛋白酶所降解[2，3]。PNA寡聚体的优越的特性还在于它们形成三链体的能力及诱导双链核酸分子产生链置换的能力[4]。而且，PNA与相应的DNA、mRNA的转录及翻译的启动位点结合后，可以抑制相应的转录及翻译过程。这些特性使PNA在反义药物的研究设计上有潜在的
5、应用价值。2PNA与核酸杂交的特点及杂交模式2.1PNA与核酸杂交特点由于PNA的电中性骨架，其分子中不含磷酸基团，因此PNA链更容易和带有负电荷的互补序列的DNA或RNA链结合[2]。而且形成的复合物分子较之DNA/DNA双链或DNA/RNA杂交链更为稳定[1，3，4]。有报道证实[4]，在同样的杂交条件下，同样序列的15mer的DNA/DNA双链的Tm值是53.3℃，DNA/RNA为50.6℃，而相应的PNA/DNA的Tm值为69.5℃，PNA/RNA更高，为72.3℃。即PNA/DNA，PNA/RNA与同样
6、序列的DNA/DNA，DNA/RAN双链相比，每增加一个碱基数，Tm值增加1℃。PNA与核酸杂交不仅具有很高的亲和性，还有很高的特异性。PNA对互补DNA的错配容忍程度比相应的DNA/DNA更低，一个15mer的PNA/DNA分子在其中间段出现一个错配碱基，其Tm值下降8℃～20℃，两个碱基错配则完全不能杂交[4，5]。PNA的一个独特性质是以平行或反平行的方式与核酸结合[4]。所谓平行,就是PNA的氨基末端对着寡核苷酸5′端,反平行,就是PNA的氨基末端对着寡核苷酸3′端。PNA与DNA(或RNA)形成的双螺旋
7、倾向于反平行结合[4],而形成的三螺旋倾向于平行结合[6]。且两种结合方式都得到非常稳定的复合物[4]。当一个PNA分子侵入靶DNA序列时，一条DNA链被置换[1.2],通过Watson-Crick碱基配对原则迅速而高度特异的与其互补DNA结合[4]。此后，第二个PNA分子又与PNA/DNA双螺旋以Hoogsteen键形成非常稳定的（PNA）2/DNA三链结构，留下未结合的链呈单链状态。PNA的这些特性引起了反义和杂交技术领域众多研究者的兴趣。2.2PNA与DNA、RNA杂交模式如前所述，PNA单链可以通过碱基互
8、补配对原则与相应的DNA、RNA单链形成稳定的双链结构[4.7]。同时，PNA多聚同源嘧啶单链在dsDNA双螺旋的外侧以Hoogsteen键的方式与互补碱基配对，形成PNA-dsDNA三链体。2.2.1常规的PNA-dsDNA三链体模式PNA多聚同源嘧啶单链在dsDNA的双链外侧，以Hoogteen键的方式与互补的碱基配对，形成PNA-dsDNA三链体。当PNA富含胞嘧啶
