Universität zu Köln

Depmeier, Hannah ORCID: 0000-0001-9825-3134 (2024). Artificial nucleic acids with enhanced functionalities. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

To date, a plethora of artificial nucleic acid analogs with enhanced functional properties have been described in the literature. However, most of the currently described artificial nucleic acids comprise a modification in only one structural element of the tripartite structure of nucleic acids, which is comprised of a phosphate backbone, a sugar moiety, and a nucleobase. This work explores the enzymatic synthesis of a novel artificial nucleic acid variant with modifications in the sugar and the nucleobase moieties. Therefore, the nuclease-resistant alpha-L-threofuranosyl nucleic acid (TNA) was combined with the unnatural hydrophobic base pair TPT3:NaM. In this context, the alpha-L-threofuranosyl NaM triphosphate and the TNA nucleotides bearing the canonical nucleobases were synthesized. The enzymatic incorporation of the highly modified nucleotide building blocks bearing the unnatural TPT3 and NaM nucleobases into TNA was investigated using different TNA-compatible polymerases. The enzymatic synthesis of TPT3-modified TNA was successfully achieved, whereas the preparation of NaM-modified TNA presented greater challenges. This study marks the first enzymatic synthesis of TNA with an expanded genetic alphabet (exTNA), opening promising opportunities in nucleic acid therapeutics, particularly for the selection of nuclease-resistant, high-affinity aptamers.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language In der Literatur wurde bereits eine Vielzahl von künstlichen Nukleinsäureanaloga mit verbesserten funktionellen Eigenschaften beschrieben. Die meisten dieser künstlichen Nukleinsäuren weisen jedoch nur eine Modifikation in der Nukleinsäurestruktur auf, also entweder im Phosphat-Rückgrat, dem Zucker oder der Nukleobase. In dieser Arbeit wurde die enzymatische Synthese einer neuen künstlichen Nukleinsäure mit Modifikationen am Zucker und der Nukleobase untersucht. Dazu wurde die nuklease-resistente alpha-L-Threonukleinsäure (TNA) mit dem unnatürlichen hydrophoben Basenpaar TPT3:NaM kombiniert. In diesem Zusammenhang wurden das alpha-L-Threofuranosyl-NaM-Triphosphat und die TNA-Nukleotide mit den natürlichen Nukleobasen synthetisiert. Der enzymatische Einbau der stark modifizierten TNA Nukleotidbausteine mit den unnatürlichen Nukleobasen TPT3 und NaM wurde mit verschiedenen TNA-kompatiblen Polymerasen untersucht. Die enzymatische Synthese von TPT3-modifizierter TNA war erfolgreich, während der Einbau der NaM Nukleobase in die TNA frühzeitig zum Abbruch führte. Diese Studie präsentiert die erste enzymatische Synthese von TNA mit einem erweiterten genetischen Alphabet (exTNA), was vielversprechende Möglichkeiten für Nukleinsäure-Therapeutika eröffnet, insbesondere für die Selektion von nuklease-resistenten, hochaffinen Aptameren. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Depmeier, Hannah UNSPECIFIED orcid.org/0000-0001-9825-3134 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-736070
Date:	2024
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Organic Chemistry
Subjects:	Natural sciences and mathematics Chemistry and allied sciences Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language nucleic acids English unnatural base modifications English TNA English artificial nucleic acids English nucleic acid modifications English nucleic acid functionalization English SELEX English Z-RNA English Z-DNA binding protein 1 English expanded genetic alphabet English
Date of oral exam:	9 September 2024
Referee:	Name Academic Title Stephanie, Kath-Schorr Prof. Dr. Ulrich, Baumann Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/73607