Incorporation of modified genetic building blocks into nucleic acids and their potential biotechnological application
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2025
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Natürliche DNA-Modifikationen, insbesondere Veränderungen an Cytosin, spielen eine zentrale Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen. Während bei der Erforschung von 5-Methylcytosin (5mC) bedeutende Fortschritte erzielt wurden, ist das seltenere 5-Formylcytosin (5fC) relativ wenig erforscht. Die Reaktion mit Malononitril wandelt 5fC in eine Base um, die von Polymerasen als T/U gelesen wird, wodurch es sich von Cytosin unterscheidet. Diese Methode ist jedoch in ihrer Effizienz begrenzt und kann zu DNA-Schäden führen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Reagenzien evaluiert, um eine neue Methode zur selektiven Markierung von 5fC zu entwickeln. Acetylaceton wurde verwendet, um die Umwandlung von 5fC zu Thymin bei der Sequenzierung zu induzieren. Unter optimalen Bedingungen konnte eine quantitative Umwandlung ohne DNA-Schäden erreicht werden. Damit verbessert sich die Präzision und Zuverlässigkeit der 5fC-Detektion in der DNA erheblich und unterstützt weitere epigenetische Studien.
Im zweiten Forschungsprojekt wurde ein programmierbares, pH-responsives Nukleosid entwickelt. Die modifizierte Nukleobase 2-Amino-dideaza-purin (2-Amino-DDP) wurde als Triphosphat (dNTP) und als Phosphoramidit synthetisiert und in die DNA eingebaut. 2-Amino-DDP besitzt die Fähigkeit, je nach pH-Wert zwischen gepaarten und ungepaarten Zuständen zu wechseln. Auf Basis dieser Entdeckung könnten DNA-basierte Nanotechnologien entwickelt und Säure-Base-Katalyse in Nukleinsäureenzymen verbessert werden.
Das dritte Projekt befasste sich mit 2,6-Diamino-dideaza-Purin (2,6-Diamino-DDP). In seiner protonierten Form bildet es ein neues Basenpaar mit drei Wasserstoffbrückenbindungen mit markierten 5fC-Basen, wodurch das genetische Alphabet erweitert wird.
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DNS