RU2258708C2 - Analogues of l-ribo-cna - Google Patents
Analogues of l-ribo-cna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258708C2 RU2258708C2 RU2001132625/04A RU2001132625A RU2258708C2 RU 2258708 C2 RU2258708 C2 RU 2258708C2 RU 2001132625/04 A RU2001132625/04 A RU 2001132625/04A RU 2001132625 A RU2001132625 A RU 2001132625A RU 2258708 C2 RU2258708 C2 RU 2258708C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribo
- zna
- nucleoside
- groups
- group
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к области аналогов бициклических нуклеозидов в L-рибо-конфигурации и к синтезу таких нуклеозидных аналогов, которые используют при получении синтетических олигонуклеотидов, способных к образованию специфических дуплексов нуклеотидных оснований с комплементарными одноцепочечными и двухцепочечными нуклеиновыми кислотами. Изобретение также относится к области аналогов бициклических нуклеозидов в L-рибо-конфигурации, которые могут использоваться в качестве лекарственных средств и которые могут быть включены в состав олигонуклеотидов.The present invention relates to the field of bicyclic nucleoside analogs in the L-rib configuration and to the synthesis of such nucleoside analogs that are used in the preparation of synthetic oligonucleotides capable of forming specific nucleotide base duplexes with complementary single-stranded and double-stranded nucleic acids. The invention also relates to the field of analogues of bicyclic nucleosides in the L-ribo configuration, which can be used as drugs and which can be included in oligonucleotides.
Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Синтетические олигонуклеотиды представляют собой соединения, широко используемые в различных областях, таких как молекулярная биология, а также диагностика и лечение с применением препаратов на основе ДНК.Synthetic oligonucleotides are compounds that are widely used in various fields, such as molecular biology, as well as diagnostics and treatment using DNA-based drugs.
Общее описаниеgeneral description
Для использования в широком перечне различных приложений, указанных выше, олигонуклеотиды должны удовлетворять множеству различных требований. Так, например, для использования в качестве лекарственных средств олигонуклеотид должен быть в состоянии проникать через клеточную мембрану, характеризоваться хорошей устойчивостью к вне- и внутриклеточным нуклеазам и предпочтительно обладать способностью мобилизовать эндогенные ферменты, такие как PHKseH. В диагностике на основе ДНК и в молекулярной биологии важны также другие свойства, такие как, например, способность олигонуклеотидов действовать в качестве эффективных субстратов для широкого перечня различных ферментов, оказывающих воздействие на природные нуклеиновые кислоты, таких как полимеразы, киназы, лигазы и фосфатазы. Однако фундаментальным свойством олигонуклеотидов, которое лежит в основе всех вариантов их использования, является их способность распознавать и гибридизоваться на специфичном участке последовательности с комплементарными одноцепочечными нуклеиновыми кислотами с помощью либо водородных связей Уотсона-Крика (А-Т и G-C), либо других вариантов водородных связей, таких как описаны в модели Хугстина (Hoogsteen). Для характеристики способности данного олигонуклеотида к гибридизации обычно используют два важных параметра: аффинность и специфичность. Аффинность представляет собой меру силы связывания олигонуклеотида с комплементарной целевой последовательностью (выражаемую в виде термостабильности (Тm) дуплекса). Каждая нуклеотидная пара в дуплексе вносит свой вклад в термостабильность и, таким образом, аффинность возрастает с увеличением размеров (числа нуклеотидных оснований) олигонуклеотида. Специфичность является мерой способности олигонуклеотида различать полную комплементарность и ошибочную целевую последовательность. Иными словами, специфичность является мерой потери аффинности, связанной с наличием ошибочных пар нуклеотидных оснований в молекуле-мишени.For use in a wide range of different applications, the above, oligonucleotides must satisfy many different requirements. For example, for use as a medicament, the oligonucleotide must be able to penetrate the cell membrane, have good resistance to extra- and intracellular nucleases, and preferably have the ability to mobilize endogenous enzymes such as PHKseH. Other properties are also important in DNA-based diagnostics and in molecular biology, such as, for example, the ability of oligonucleotides to act as effective substrates for a wide range of different enzymes that affect natural nucleic acids, such as polymerases, kinases, ligases and phosphatases. However, the fundamental property of oligonucleotides, which underlies all variants of their use, is their ability to recognize and hybridize at a specific site in the sequence with complementary single-stranded nucleic acids using either Watson-Crick hydrogen bonds (AT and GC) or other hydrogen bonds such as described in the Hoogsteen model. Two important parameters are usually used to characterize the ability of a given oligonucleotide to hybridize: affinity and specificity. Affinity is a measure of the binding strength of an oligonucleotide to a complementary target sequence (expressed as thermal stability (T m ) of a duplex). Each nucleotide pair in a duplex contributes to thermal stability and, thus, affinity increases with the size (number of nucleotide bases) of the oligonucleotide. Specificity is a measure of the ability of an oligonucleotide to distinguish between complete complementarity and an erroneous target sequence. In other words, specificity is a measure of the loss of affinity associated with the presence of erroneous pairs of nucleotide bases in a target molecule.
При постоянстве размеров олигонуклеотида специфичность возрастает с увеличением числа ошибочных спариваний между олигонуклеотидом и его целевыми последовательностями (т.е. процент ошибок повышается). И наоборот, специфичность снижается, когда размер олигонуклеотида увеличивается при постоянном числе ошибок (т.е. процент ошибочных спариваний снижается). Говоря иными словами, повышение аффинности олигонуклеотида происходит за счет потери специфичности и наоборот.With a constant oligonucleotide size, specificity increases with an increase in the number of mismatches between the oligonucleotide and its target sequences (i.e., the percentage of errors increases). Conversely, specificity decreases when the size of the oligonucleotide increases with a constant number of errors (i.e., the percentage of mismatches decreases). In other words, an increase in the affinity of an oligonucleotide occurs due to the loss of specificity and vice versa.
Ввиду недостатков, свойственных естественным олигонуклеотидам, очень желательно разработать новые подходы для повышения специфичности и аффинности лекарственных средств на основе ДНК, методов диагностики и в целом методов молекулярной биологии, использующих ДНК.In view of the deficiencies inherent in natural oligonucleotides, it is highly desirable to develop new approaches to increase the specificity and affinity of DNA-based drugs, diagnostic methods, and, in general, molecular biology methods using DNA.
Конформационно-ограниченные нуклеозидыConformationally Limited Nucleosides
Известно, что олигонуклеотиды подвергаются конформационным переходам в ходе гибридизации с целевой последовательностью из относительно случайно свернутой структуры одноцепочечного состояния в упорядоченную структуру дуплекса.It is known that oligonucleotides undergo conformational transitions during hybridization with the target sequence from a relatively randomly folded structure of a single-chain state to an ordered structure of a duplex.
Так, в последние годы в поиске аналогов олигонуклеотидов с улучшенными гибридизационными свойствами в сравнении с немодифицированными (2'-дезокси)олигонуклеотидами применялся метод конформационного ограничения. К их числу относятся, например, бицикло[3.3.0]нуклеозиды с дополнительным С-3',С-5'-этано-мостиком (М. Tarköy, M. Bolli, В. Schweizer and С. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1993, 76, 481; Tarköy and С. Leumann, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1993, 32, 1432; M. Egli, P. Lubini, M. Dobler and C. Leumann, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 5855; M. Tarköy, M. Bolli and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 716; M. Bolli and C. Leumann, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1995, 34, 694; M. Bolli, P. Lubini and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1995, 78, 2077; J.C. Litten, C. Epple and C. Leumann, Bioorg. Med. Chem. Lett., 1995, 5, 1231; J.C. Litten and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1996, 79, 1129; M. Bolli, J.C. Litten, R. Schultz and C. Leumann, Chem. Biol., 1996. 3, 197; M. Bolli, H.U. Trafelet and C. Leumann, Nucleic Acids Res., 1996, 24, 4660), бикарбоцикло [3.1.0]нуклеозиды с дополнительным С-1',С-6' или С-6',С-4'-метано-мостиком (К.-Н. Altmann, R. Kesselring, E. Francotte and G. Rihs, Tetrahedron Lett., 1994, 35, 2331; K.-H. Altmann, R. Imwinkelried, R. Kesselring and G. Rihs, Tetrahedron Lett., 1994, 35, 7625; V.E. Marquez, M.A. Siddiqui, A. Ezzitouni, P. Russ, J. Wang, R.W. Wagner and M.D. Matteucci, J. Med. Chem., 1996, 39, 3739; A. Ezzitouni and V.E. Marquez, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997. 1073), бицикло[3.3.0]- и [4.3.0]нуклеозиды, содержащие дополнительное С-2',С-3'-диоксалановое кольцо, синтезированные в виде димера с немодифицированным нуклеозидом, в котором дополнительное кольцо представляет собой часть межнуклеозидной связи, замещающей естественную фосфодиэфирную связь (R.J. Jones, S. Swaminathan, J.F. Millagan, S. Wadwani, B.S. Froehler and M. Matteucci, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 9816; J. Wang and M.D. Matteucci, Bioorg. Med. Chem. Lett., 1997, 7, 229), димеры, содержащие бицикло[3.1.0]нуклеозид с С-2',С-3'-метано-мостиком как составную часть межнуклеозидных связей амидного и сульфонамидного типа (C.G.Yannopoulus, W.Q.Zhou, P. Nower, D. Peoch, Y.S. Sanghvi and G. Just, Synlett., 1997, 378), аналог нуклеозида, производного от бицикло[3.3.0]глюкозы, включенный в середину тримера через формацетальные межнуклеозидные связи (C.G. Yannopoulus, W.Q. Zhou, P. Nower, D. Peoch, Y.S. Sanghvi and G. Just, Synlett., 1997, 378) и бициклические[4.3.0]- и [3.3.0]нуклеозиды с дополнительным С-2',С-3'-связанным шести- и пятичленным кольцом (Р. Nielsen, Н.М. Pfundheller, J. Wengel, Chem. Commun., 1997, 826; Р. Nielsen, H.M. Pfundheller, J. Wengel, XII International Roundtable: Nucleosides, Nucleotides and Their Biological Applications; La Jolla, California, September 15-19, 1996; Poster PPI 43), которые были синтезированы и включены в состав олигодезоксинуклеотидов. К сожалению, олигонуклеотиды, включающие указанные аналоги, в большинстве случаев образуют менее стабильные дуплексы с комплементарными нуклеиновыми кислотами в сравнении с немодифицированными олигонуклеотидами. В том случае, когда отмечается умеренное повышение стабильности дуплекса, такое повышение связано только с ДНК или РНК мишенью, или имеет отношение к полностью, а не частично модифицированным олигонуклеотидам, или наоборот.So, in recent years, in the search for analogues of oligonucleotides with improved hybridization properties in comparison with unmodified (2'-deoxy) oligonucleotides, the conformational restriction method was used. These include, for example, bicyclo [3.3.0] nucleosides with an additional C-3 ′, C-5′-ethano-bridge (M. Tarköy, M. Bolli, B. Schweizer and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1993, 76, 481; Tarköy and C. Leumann, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1993, 32, 1432; M. Egli, P. Lubini, M. Dobler and C. Leumann, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 5855; M. Tarköy, M. Bolli and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 716; M. Bolli and C. Leumann, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1995, 34, 694; M. Bolli, P. Lubini and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1995, 78, 2077; JC Litten, C. Epple and C. Leumann, Bioorg. Med. Chem. Lett., 1995, 5, 1231; JC Litten and C. Leumann, Helv. Chem. Acta, 1996, 79, 1129; M. Bolli, JC Litten, R. Schultz and C. Leumann, Chem. Biol ., 1996. 3, 197; M. Bolli, HU Trafelet and C. Leumann, Nucleic Acids Res., 1996, 24, 4660), bicarbocyclo [3.1.0] nucleosides with additional C-1 ', C-6' or C-6 ', C-4'-methane bridge (K.-N. Altmann, R. Kesselring, E. Francotte and G. Rihs, Tetrahedron Lett., 1994, 35 , 2331; K.-H. Altmann, R. Imwinkelried, R. Kesselring and G. Rihs, Tetrahedron Lett., 1994, 35, 7625; V.E. Marquez, M.A. Siddiqui, A. Ezzitouni, P. Russ, J. Wang, R.W. Wagner and M.D. Matteucci, J. Med. Chem., 1996, 39, 3739; A. Ezzitouni and V.E. Marquez, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997. 1073), bicyclo [3.3.0] - and [4.3.0] nucleosides containing an additional C-2 ', C-3'-dioxalane ring synthesized as a dimer with an unmodified nucleoside in which the additional ring represents a part of the internucleoside bond replacing the natural phosphodiester bond (RJ Jones, S. Swaminathan, JF Millagan, S. Wadwani, BS Froehler and M. Matteucci, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 9816; J. Wang and MD Matteucci, Bioorg. Med. Chem. Lett., 1997, 7, 229), dimers containing a bicyclo [3.1.0] nucleoside with a C-2 ', C-3'-methane bridge as part of the internucleoside bonds of the amide and sulfonamide type (CGYannopoulus , WQZhou, P. Nower, D. Peoch, YS Sanghvi and G. Just, Synlett., 1997, 378), a nucleoside analog derived from bicyclo [3.3.0] glucose incorporated into the middle of the trimer via formacetal internucleoside bonds (CG Yannopoulus, WQ Zhou, P. Nower, D. Peoch, YS Sanghvi and G. Just, Synlett., 1997, 378) and bicyclic [4.3.0] and [3.3.0] nucleosides with additional C-2 ', C A 3'-linked six- and five-membered ring (R. Nielsen, N.M. Pfundheller, J. Wengel, Chem. Commun., 1997, 826; R. Nielsen, H.M. Pfundheller, J. Wengel, XII International Roundtable: Nucleosides, Nucleotides and Their Biological Applications; La Jolla, California, September 15-19, 1996; Poster PPI 43), which were synthesized and incorporated into oligodeoxynucleotides. Unfortunately, oligonucleotides including these analogs in most cases form less stable duplexes with complementary nucleic acids compared to unmodified oligonucleotides. In the case when there is a moderate increase in the stability of the duplex, such an increase is associated only with the DNA or RNA target, or is related to fully, but not partially modified oligonucleotides, or vice versa.
Оценка большинства из указанных аналогов осложнена также недостаточностью данных по аналогам с Г, А и Ц нуклеотидными основаниями, а также данных по специфичности и способу гибридизации. Во многих случаях синтез указанных мономерных аналогов представляет собой очень сложный процесс, причем в ряде случаев синтез полностью модифицированных олигонуклеотидов несовместим с широко используемыми стандартными методами фосфорамидитной химии.Evaluation of most of these analogues is also complicated by the lack of data on analogues with G, A and C nucleotide bases, as well as data on the specificity and method of hybridization. In many cases, the synthesis of these monomeric analogues is a very complex process, and in some cases, the synthesis of fully modified oligonucleotides is incompatible with commonly used standard methods of phosphoramidite chemistry.
В последнее время появились сообщения об олигомерах, включающих замкнутые нуклеиновые кислоты (ЗНК, Locked Nucleic Acids, LNA) (Nielsen, P., Pfundheller, H.M., Olsen, C.E. and Wengel, J., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997, 3423; Nielsen, P., Pfundheller, H.M., Wengel, J., Chem. Commun., 1997, 9, 825; Christensen, N.K., Petersen M., Nielsen, P., Jacobsen, J.P. and Wengel, J., J. Am. Chem. Soc., 1998, 220, 5458; Koshkin, A.A. and Wengel, J., J. Orq. Chem., 1998, 63, 2778; Obika, S., Morio, K.-I., Hari, Y. and Imanishi, Т., Bioorg. Med. Chem. Lett., 1999, 515). Оказалось, что включение ЗНК мономеров, содержащих 2'-O,4'-С-метиленовый мостик, в олигонуклеотидную последовательность ведет к беспрецедентному улучшению гибридизационных свойств такого модифицированного олигонуклеотида (Singh, S.K., Nielsen, P., Koshkin, A.A., Olsen, C.E. and Wengel, J., Chem. Commun., 1998, 455; Koshkin, А.К., Singh, S.K., Nielsen, P., Rajwanshi, V.K., Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, S.E. and Wengel, J., Tetrahedron, 1998, 54, 3607; Koshkin, A.A., Rajwanshi, V.K. and Wengel, J., Tetrahedron Lett., 1998, 39, 4381; Singh, Sanjay К. and Wengel, J., Chem. Commun., 1998, 1247; Kumar, R., Singh, S. K., Koshkin, A.A., Rajwanshi, V.K., Meldgaard, M., and Wengel, J., Bioorg. Med. Chem. Lett., 1998, 8, 2219; Obika, S. et al. Tetrahedron Lett., 1997, 38, 8735; Obika, S. et al. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 5401; Singh, S.K., Kumar, R. and Wengel, J., J. Org. Chem., 1998, 63, 6078; Koshkin, А.А., Nielsen, P., Meldgaard, M., Rajwanshi, V.K., Singh, S.K. and Wengel, J., J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 13252; Singh, S.K., Kumar, R. and Wengei, J., J. Org. Chem., 1998, 63, 10035). Олигонуклеотиды, включающие указанные ЗНК мономеры и соответствующий 2'-тио-ЗНК аналог, образуют дуплексы с комплементарными ДНК и РНК со значениями термической стабильности, которые ранее не наблюдались для би- и трициклических нуклеозидов в модифицированных олигонуклеотидах (ΔТпл/модификация = от +3 до +11°С), а также демонстрируют улучшенную селективность.Recently, there have been reports of oligomers comprising closed nucleic acids (ZNA, Locked Nucleic Acids, LNA) (Nielsen, P., Pfundheller, HM, Olsen, CE and Wengel, J., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997, 3423; Nielsen, P., Pfundheller, HM, Wengel, J., Chem. Commun., 1997, 9, 825; Christensen, NK, Petersen M., Nielsen, P., Jacobsen, JP and Wengel, J., J. Am. Chem. Soc., 1998, 220, 5458; Koshkin, AA and Wengel, J., J. Orq. Chem., 1998, 63, 2778; Obika, S., Morio, K.- I., Hari, Y. and Imanishi, T., Bioorg. Med. Chem. Lett., 1999, 515). It turned out that the inclusion of ZNA monomers containing a 2'-O, 4'-C-methylene bridge in the oligonucleotide sequence leads to an unprecedented improvement in the hybridization properties of such a modified oligonucleotide (Singh, SK, Nielsen, P., Koshkin, AA, Olsen, CE and Wengel, J., Chem. Commun., 1998, 455; Koshkin, A.K., Singh, SK, Nielsen, P., Rajwanshi, VK, Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, SE and Wengel , J., Tetrahedron, 1998, 54, 3607; Koshkin, AA, Rajwanshi, VK and Wengel, J., Tetrahedron Lett., 1998, 39, 4381; Singh, Sanjay, K. and Wengel, J., Chem. Commun. 1998, 1247; Kumar, R., Singh, SK, Koshkin, AA, Rajwanshi, VK, Meldgaard, M., and Wengel, J., Bioorg. Med. Chem. Lett., 1998, 8, 2219; Obika, S. et al. Tetrahedron Lett., 1997, 38, 8735; Obika, S. et al. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 5401 ; Singh, SK, Kumar, R. and Wengel, J., J. Org. Chem., 1998, 63, 6078; Koshkin, A.A., Nielsen, P., Meldgaard, M., Rajwanshi, VK, Singh , SK and Wengel, J., J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 13252; Singh, SK, Kumar, R. and Wengei, J., J. Org. Chem., 1998, 63, 10035). Oligonucleotides, including the indicated LNA monomers and the corresponding 2'-thio-LNA analog, form duplexes with complementary DNA and RNA with thermal stability values that were not previously observed for bi- and tricyclic nucleosides in modified oligonucleotides (ΔТ pl / modification = from +3 up to + 11 ° C), and also demonstrate improved selectivity.
В ряде работ Сеела с соавт. (Seela et al.) изучали ксило-ДНК (фиг.1, основание = аденин-9-ил, цитозин-1-ил, гуанин-9-ил или тимин-1-ил), включающую один или более 2'-дезокси-β-D-ксилофуранозильных нуклеотидных мономеров (Rosemeyer, Н.; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 748; Rosemeyer, H.; Krecmerova, M.; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 2054; Seela, F.; Wörner, Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 883; Seela, F.; Heckel, M.; Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1996, 79, 1451; Rosemeyer, H.; Seela, F. Nucleosides Nucleotides, 1995, 14, 1041; Schoeppe, A., Hinz, H.-J., Rosemeyer, H., Seela, F. Eur. J. Biochem. 1996, 239, 33). В сравнении с соответствующими природными 2'-дезокси-β-D-рибофуранозильными олигонуклеотидами, ксило-ДНК в основном характеризуется зеркальной вторичной структурой, энтропически благоприятствующей образованию дуплекса, повышению стабильности в отношении экзонуклеаз и, в случае олигонуклеотидов, включающих небольшое число 2'-дезокси-β-D-ксилофуранозильных мономеров, снижению термической аффинности в отношении комплементарной ДНК (Rosemeyer, H.; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 748; Rosemeyer, H.; Krecmerova, M.; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 2054; Seela, F.; Wörner, Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 883; Seela, F.; Heckel, M.; Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1996, 79, 1451).In a number of works Seela et al. (Seela et al.) Studied xylo DNA (Figure 1, base = adenin-9-yl, cytosin-1-yl, guanine-9-yl or thymin-1-yl), including one or more 2'-deoxy β-D-xylofuranosyl nucleotide monomers (Rosemeyer, H .; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 748; Rosemeyer, H .; Krecmerova, M .; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 2054; Seela, F .; Wörner, Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 883; Seela, F .; Heckel, M .; Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1996 79, 1451; Rosemeyer, H .; Seela, F. Nucleosides Nucleotides, 1995, 14, 1041; Schoeppe, A., Hinz, H.-J., Rosemeyer, H., Seela, F. Eur. J. Biochem . 1996, 239, 33). Compared to the corresponding natural 2'-deoxy-β-D-ribofuranosyl oligonucleotides, xylo DNA is mainly characterized by a mirror secondary structure, entropically favoring the formation of a duplex, increasing stability against exonucleases and, in the case of oligonucleotides, including a small number of 2'-deoxy β-D-xylofuranosyl monomers, reducing thermal affinity for complementary DNA (Rosemeyer, H .; Seela, F. Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 748; Rosemeyer, H .; Krecmerova, M .; Seela, F Helv. Chem. Acta, 1991, 74, 2054; Seela, F .; Wörner, Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1994, 77, 883; Seela, F .; Heckel, M .; Rosemeyer, H. Helv. Chem. Acta, 1996, 79, 1451).
Краткое описание сущности изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В свете вышесказанного и на основании известных свойств ЗНК мономеров с 2'-О,4'-С-метиленовым мостиком, было принято решение синтезировать олигонуклеотиды, включающие один или более 2'-О,4'-С-метилен-α-L-рибофуранозильных нуклеотидных мономера(ов). Компьютерное моделирование на мономерах α-L-рибо-ЗНК указывало на конформацию фуранозного кольца S-типа. В этой связи целью настоящей работы является синтез 2'-O,4'-С-метилен-α-L-рибофуранозильного нуклеотидного мономера и изучение термической стабильности олигонуклеотидов, включающих указанный мономер. Результаты показывают, что модифицированный L-рибо-ЗНК может использоваться для высокоаффинного распознавания комплементарных нуклеиновых кислот. Если принимать во внимание инвертную стереохимию молекулы на С-3'-конце и С-4'-конце, этот факт является весьма удивительным.In light of the foregoing, and based on the known properties of ZNA monomers with a 2'-O, 4'-C-methylene bridge, it was decided to synthesize oligonucleotides comprising one or more 2'-O, 4'-C-methylene-α-L- ribofuranosyl nucleotide monomer (s). Computer simulation on α-L-ribo-ZNA monomers indicated the conformation of the S-type furanose ring. In this regard, the aim of this work is the synthesis of 2'-O, 4'-C-methylene-α-L-ribofuranosyl nucleotide monomer and the study of the thermal stability of oligonucleotides comprising this monomer. The results show that modified L-ribo-LNA can be used for high affinity recognition of complementary nucleic acids. If we take into account the invert stereochemistry of the molecule at the C-3'-end and C-4'-end, this fact is very surprising.
Таким образом, авторы настоящего изобретения предложили новые аналоги ЗНК нуклеозидов (L-рибо-ЗНК) и олигонуклеотиды, в которые включены аналоги L-рибо-ЗНК нуклеозидов. Были синтезированы новые аналоги L-рибо-ЗНК нуклеозидов, включающие тимин в качестве нуклеинового основания, однако они могут быть легко синтезированы также с четырьмя другими нуклеотидными основаниями с образованием полного набора нуклеозидных аналогов для включения в олигонуклеотиды.Thus, the authors of the present invention have proposed new analogues of nucleoside LNA (L-ribo-LNA) and oligonucleotides, which include L-ribo-LNA nucleoside analogues. Were synthesized new analogues of L-ribo-ZNA nucleosides, including thymine as the nucleic base, however, they can be easily synthesized also with four other nucleotide bases with the formation of a complete set of nucleoside analogues for inclusion in oligonucleotides.
Настоящее изобретение относится к олигомерам, включающим по меньшей мере один нуклеозидный аналог (называемый далее "L-рибо-ЗНК") общей формулы IThe present invention relates to oligomers comprising at least one nucleoside analogue (hereinafter referred to as “L-ribo-ZNA”) of the general formula I
где Х выбирают из -О-, -S-, -N(RN*)-, -C(R6R6*)-;where X is selected from —O—, —S—, —N (R N * ) -, —C (R 6 R 6 * ) -;
В выбирают из водорода, гидрокси, необязательно замещенного C1-4-алкокси, необязательно замещенного C1-4-алкила, необязательно замещенного C1-4-ацилокси, нуклеотидных оснований, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов;B is selected from hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-4 alkoxy, optionally substituted C 1-4 alkyl, optionally substituted C 1-4 acyloxy, nucleotide bases, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups reporter groups and ligands;
Р обозначает положение радикала в межнуклеозидной связи относительно последующего мономера или 5'-концевую группу, причем такая межнуклеозидная связь или 5'-концевая группа необязательно включает заместитель R5 или равноприемлемый заместитель R5*;P denotes the position of the radical in the internucleoside bond with respect to the subsequent monomer or 5'-terminal group, and such an internucleoside bond or 5'-terminal group optionally includes a substituent R 5 or an equally acceptable substituent R 5 *;
Р* обозначает межнуклеозидную связь с предшествующим мономером или 3'-концевую группу;P * denotes an internucleoside bond with a preceding monomer or a 3'-terminal group;
R2* и R4* обозначают бирадикалы, состоящие из 1-4 групп/атомов, выбираемые из -С(RaRb)-, -С(Ra)=C(Ra)-, -C(Ra)=N-, -О-, -Si(Ra)2-, -S-, -SO2-, -N(Ra)- и >C=Z, где Z выбирают из -О-, -S- и -N(Ra)-, и R3 и R13, каждый, независимо, выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-12-алкила, необязательно замещенного С2-12-алкенила, необязательно замещенного C2-12-алкинила, гидрокси, C1-12-алкокси, С2-12-алкенилокси, карбокси, C1-12-алкоксикарбонила, C1-12-алкилкарбонила, формила, арила, арилоксикарбонила, арилокси, арилкарбонила, гетероарила, гетероарилоксикарбонила, гетероарилокси, гетероарилкарбонила, амино, моно- и ди(С1-6-алкил) амино, карбамоила, моно- и ди(С1-6-алкил)аминокарбонила, амино-С1-6-алкиламинокарбонила, моно- и ди(C1-6-алкил)амино-С1-6-алкиламинокарбонила, C1-6-алкилкарбонил-амино, карбамидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, C1-6-алкилсульфонилокси, нитро, азидо, сульфанила, C1-6-алкилтио, галогена, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, где арил и гетероарил могут быть необязательно замещены и где два геминальных заместителя Ra и Rb вместе могут обозначать необязательно замещенный метиленолефин (=СН2);R 2 * and R 4 * are biradicals consisting of 1-4 groups / atoms selected from —C (R a R b ) -, —C (R a ) = C (R a ) -, —C (R a ) = N-, -O-, -Si (R a ) 2 -, -S-, -SO 2 -, -N (R a ) - and> C = Z, where Z is selected from -O-, -S - and —N (R a ) -, and R 3 and R 13 are each independently selected from hydrogen, optionally substituted C 1-12 alkyl, optionally substituted C 2-12 alkenyl, optionally substituted C 2-12 - alkynyl, hydroxy, C 1-12 alkoxy, C 2-12 alkenyloxy, carboxy, C 1-12 alkoxycarbonyl, C 1-12 alkylcarbonyl, formyl, aryl, aryloxycarbonyl, aryloxy, arylcarbonyl, heteroaryl, heteroaryloxycarbonyl, heteroaryloxy, g heteroarylcarbonyl, amino, mono- and di (C 1-6 alkyl) amino, carbamoyl, mono and di (C 1-6 alkyl) aminocarbonyl, amino C 1-6 alkylaminocarbonyl, mono and di (C 1 -6- alkyl) amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, C 1-6 -alkylcarbonyl-amino, carbamido, C 1-6 -alkanoyloxy, sulfono, C 1-6 -alkylsulfonyloxy, nitro, azido, sulfanyl, C 1- 6 -alkylthio, halogen, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands, where aryl and heteroaryl may be optionally substituted and where two geminal Override I R a and R b together may designate optionally substituted metilenolefin (= CH 2);
каждый из присутствующих заместителей R1*, R2, R3*, R5, R5*, R6 и R6* независимо выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-12-алкила, необязательно замещенного С2-12-алкенила, необязательно замещенного С2-12-алкинила, гидрокси, C1-12-алкокси, С2-12-алкенилокси, карбокси, C1-12-алкоксикарбонила, C1-12 -алкилкарбонила, формила, арила, арилоксикарбонила, арилокси, арилкарбонила, гетероарила, гетероарилоксикарбонила, гетероарилокси, гетероарилкарбонила, амино, моно- и ди(С1-6-алкил)амино, карбамоила, моно- и ди(С1-6-алкил)аминокарбонила, амино-С1-6-алкиламинокарбонила, моно- и ди(С1-6-алкил)амино-С1-6-алкиламинокарбонила, C1-6-алкилкарбонил-амино, карбамидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, C1-6-алкилсульфонилокси, нитро, азидо, сульфанила, C1-6-алкилтио, галогена, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, где арил и гетероарил могут быть необязательно замещены и где два геминальных заместителя вместе могут обозначать оксо, тиоксо, имино или необязательно замещенный метилен, или вместе они могут образовывать спиро-бирадикал, состоящий из алкиленовой цепи, включающей 1-5 атомов углерода, которая необязательно содержит внутри и/или на конце один/одну или более гетероатомов/групп, выбранных из -О-, -S- или -(NRN)-, где RN выбирают из водорода и C1-4-алкила и где два соседних (негеминальных) заместителя могут обозначать дополнительную связь, приводящую к образованию двойной связи; и RN*, в случае его наличия, выбирают из водорода и С1-4-алкила;each of the substituents present R 1 *, R 2 , R 3 *, R 5 , R 5 *, R 6 and R 6 * are independently selected from hydrogen, optionally substituted C 1-12 alkyl, optionally substituted C 2-12 alkenyl optionally substituted C 2-12 alkynyl, hydroxy, C 1-12 alkoxy, C 2-12 alkenyloxy, carboxy, C 1-12 alkoxycarbonyl, C 1-12 alkylcarbonyl, formyl, aryl, aryloxycarbonyl, aryloxy, arylcarbonyl, heteroaryl, heteroaryloxycarbonyl, heteroaryloxy, heteroarylcarbonyl, amino, mono- and di (C1-6 alkyl) amino, carbamoyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) aminocarbonyl, amino-C 1-6 - lkilaminokarbonila, mono- and di (C 1-6 -alkyl) amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, C 1-6 -alkylcarbonyl-amino, carbamido, C 1-6 -alkanoyloxy, sulphono, C 1-6 -alkilsulfoniloksi, nitro, azido, sulfanyl, C 1-6 alkylthio, halogen, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, where aryl and heteroaryl may optionally be substituted and where two geminal substituents together can represent oxo, thioxo, imino or optionally substituted methylene, or together they can form Vat spiro biradical consisting of an alkylene chain containing 1-5 carbon atoms which optionally contains inside and / or on the end of one / one or more heteroatoms / groups selected from -O-, -S- or - (NR N) -, where R N is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl and where two adjacent (non-heminal) substituents may indicate an additional bond leading to the formation of a double bond; and R N * , if present, is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl;
и к их основным солям и кислым аддитивным солям.and to their basic salts and acid addition salts.
Настоящее изобретение также относится к нуклеозидным аналогам (L-рибо-ЗНК) общей формулы IIThe present invention also relates to nucleoside analogues (L-ribo-ZNA) of the general formula II
где заместитель В выбирают из нуклеотидных оснований, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов;where Deputy B is selected from nucleotide bases, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands;
Х выбирают из -О-, -S-, -N(RN*)- и -C(R6R6*)-;X is selected from —O—, —S—, —N (R N * ) - and —C (R 6 R 6 * ) -;
каждый из Q и Q* независимо выбирают из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, Prot-O-, Act-O-, меркапто, Prot-S-, Act-S-, C1-6-алкилтио, амино, Prot-N(RH)-, Act-N(RH)-, моно- или ди (С1-6-алкил)амино, необязательно замещенного С1-6-алкокси, необязательно замещенного С1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, необязательно замещенного C2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила, необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, монофосфата, дифосфата, трифосфата, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп, лигандов, карбокси, сульфоно, гидроксиметила, Prot-O-CH2-, Act-O-CH2-, аминометила, Prot-N(RH)-CH2-, Act-N(RH) -CH2-, карбоксиметила, сульфонометила, где Prot обозначает защитную группу для -ОН, -SH и -NH(RH)-, соответственно, Act обозначает активирующую группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно, и RH выбирают из водорода и C1-6-алкила; и R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -О-, -(CR*R*)r+s+l-, -(CR*R*)r-O-(CR*R*)s-, - (CR*R*)r-S-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r-N(R*)-(CR*R*)s-, -O- (CR*R*)r+s-O-, -S- (CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-S-, -N-(R*)-(CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-N (R*)-, -S-(CR*R*)r+s-S-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-N(R*)-, -N (R*) - (CR*R)r+s-S- и -S-(CR*R*)r+s-N(R*)-;each of Q and Q * is independently selected from hydrogen, azido, halogen, cyano, nitro, hydroxy, Prot-O-, Act-O-, mercapto, Prot-S-, Act-S-, C 1-6 -alkylthio, amino, Prot-N (R H ) -, Act-N (R H ) -, mono- or di (C 1-6 -alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 - alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 alkynyl, optionally substituted C 2-6 alkynyloxy, monophosphate, diphosphate, triphosphate, DNA intercalators, photochemically active groups thermochemically active g rup, chelating groups, reporter groups, ligands, carboxy, sulfono, hydroxymethyl, Prot-O-CH 2 -, Act-O-CH 2 -, aminomethyl, Prot-N (R H ) -CH 2 -, Act-N ( R H ) —CH 2 -, carboxymethyl, sulfonomethyl, where Prot is a protecting group for —OH, —SH and —NH (R H ) -, respectively, Act is an activating group for —OH, —SH and —NH (R H ), respectively, and R H is selected from hydrogen and C 1-6 alkyl; and R 2 * and R 4 * together denote a biradical selected from -O-, - (CR * R *) r + s + l -, - (CR * R *) r -O- (CR * R *) s -, - (CR * R *) r -S- (CR * R *) s -, - (CR * R *) r -N (R *) - (CR * R *) s -, -O- ( CR * R *) r + s -O-, -S- (CR * R *) r + s -O-, -O- (CR * R *) r + s -S-, -N- (R * ) - (CR * R *) r + s -O-, -O- (CR * R *) r + s -N (R *) -, -S- (CR * R *) r + s -S- , -N (R *) - (CR * R *) r + s -N (R *) -, -N (R *) - (CR * R) r + s -S- and -S- (CR * R *) r + s- N (R *) -;
где каждый R* выбирают независимо из водорода, галогена, азидо, циано, нитро, гидрокси, меркапто, амино, моно- или ди (C1-6-алкил) амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6-алкила, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, и/или два соседних (негеминальных) R* могут вместе обозначать двойную связь и каждый r и s обозначает 0-3, при условии, что сумма r+s равна 1-4;where each R * is independently selected from hydrogen, halogen, azido, cyano, nitro, hydroxy, mercapto, amino, mono- or di (C 1-6 alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1 -6 -alkyl, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, and / or two adjacent (non-heminal) R * can together denote a double bond and each r and s is 0-3, when provided that the sum r + s is 1-4;
каждый из присутствующих заместителей R1*, R2, R3*, R5, R5*, R6 и R6* независимо выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-12-алкила, необязательно замещенного C2-12-алкенила, необязательно замещенного С2-12-алкинила, гидрокси, C1-12-алкокси, C2-12-алкенилокси, карбокси, C1-12-алкоксикарбонила, C1-12-алкилкарбонила, формила, арила, арилоксикарбонила, арилокси, арилкарбонила, гетероарила, гетероарилоксикарбонила, гетероарилокси, гетероарилкарбонила, амино, моно- и ди(C1-6-алкил)амино, карбамоила, моно- и ди(С1-6-алкил)аминокарбонила, амино-С1-6-алкиламинокарбонила, моно- и ди(C1-6-алкил)амино-С1-6-алкиламинокарбонила, C1-6-алкилкарбонил-амино, карбамидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, C1-6-алкилсульфонилокси, нитро, азидо, сульфанила, C1-6-алкилтио, галогена, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, где арил и гетероарил могут быть необязательно замещены и где два геминальных заместителя вместе могут обозначать оксо, тиоксо, имино или необязательно замещенный метилен, или вместе они могут образовывать спиро-бирадикал, состоящий из алкиленовой цепи, включающей 1-5 атомов углерода, которая необязательно содержит внутри и/или на конце один/одну или более гетероатомов/групп, выбираемых из -О-, -S- и -(NRH)-, где RH выбирают из водорода и C1-4-алкила и где два соседних (негеминальных) заместителя могут обозначать дополнительную связь, приводящую к образованию двойной связи;each of the present substituents R 1 *, R 2 , R 3 *, R 5 , R 5 *, R 6 and R 6 * are independently selected from hydrogen, optionally substituted C 1-12 alkyl, optionally substituted C 2-12 alkenyl optionally substituted C 2-12 alkynyl, hydroxy, C 1-12 alkoxy, C 2-12 alkenyloxy, carboxy, C 1-12 alkoxycarbonyl, C 1-12 alkylcarbonyl, formyl, aryl, aryloxycarbonyl, aryloxy, arylcarbonyl, heteroaryl, heteroaryloxycarbonyl, heteroaryloxy, heteroarylcarbonyl, amino, mono- and di (C 1-6 -alkyl) amino, carbamoyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) aminocarbonyl, amino-C 1-6 -al kilaminocarbonyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, C 1-6 -alkylcarbonyl-amino, carbamido, C 1-6 -alkanoyloxy, sulfono, C 1-6 -alkylsulfonyloxy, nitro, azido, sulfanyl, C 1-6 alkylthio, halogen, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, where aryl and heteroaryl may optionally be substituted and where two geminal substituents together can represent oxo, thioxo, imino or optionally substituted methylene, or together they can form be a spiro biradical consisting of an alkylene chain containing 1-5 carbon atoms which optionally contains inside and / or on the end of one / one or more heteroatoms / groups selected from -O-, -S- and - (NR H) -, where R H is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl and where two adjacent (non-heminal) substituents may indicate an additional bond, leading to the formation of a double bond;
и RH*, если он имеется и не включен в бирадикал, выбирают из водорода и C1-4-алкила;and R H *, if present and not included in the biradical, is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl;
и к их основным солям и кислым аддитивным солям;and their basic salts and acid addition salts;
при условии, что любая химическая группа (включающая любое нуклеотидное основание), которая является реакционноспособной в условиях, преобладающих при синтезе олигонуклеотидов, представляет собой необязательно защищенную функциональную группу.provided that any chemical group (including any nucleotide base) that is reactive under the conditions prevailing in the synthesis of oligonucleotides is an optionally protected functional group.
Настоящее изобретение также относится к использованию нуклеозидных аналогов (L-рибо-ЗНК) для получения олигомеров и к использованию олигомеров, а также нуклеозидных аналогов (L-рибо-ЗНК) в диагностике, молекулярно-биологических исследованиях и в терапии.The present invention also relates to the use of nucleoside analogues (L-ribo-ZNAs) for the preparation of oligomers and to the use of oligomers as well as nucleoside analogues (L-ribo-ZNAs) in diagnostics, molecular biological studies and therapy.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В контексте настоящего описания термин «L-рибо-ЗНК» (закрытые нуклеозидные аналоги в L-рибо-конфигурации) относится к бициклическим нуклеозидным аналогам в L-рибо-конфигурации, которые либо включены в олигомер согласно настоящему изобретению (основная формула I), либо представляют собой отдельный химический вид (общая формула II). Термин «мономерный L-рибо-ЗНК» конкретно относится к последнему случаю.In the context of the present description, the term "L-ribo-ZNA" (closed nucleoside analogues in the L-ribo configuration) refers to bicyclic nucleoside analogs in the L-ribo-configuration, which are either included in the oligomer according to the present invention (basic formula I), or represent a separate chemical species (general formula II). The term "monomeric L-ribo-ZNA" specifically refers to the latter case.
Олигомеры и нуклеозидные аналогиOligomers and nucleoside analogues
Как указывалось выше, настоящее изобретение относится, в числе других объектов, к новым олигомерам (олигонуклеотидам), включающим один или более бициклических нуклеозидных аналогов в L-рибо-конфигурации (далее в описании называемых «L-рибо-ЗНК»).As indicated above, the present invention relates, among other objects, to new oligomers (oligonucleotides) comprising one or more bicyclic nucleoside analogues in the L-ribo configuration (hereinafter referred to as “L-ribo-ZNA”).
Каждый из возможных L-рибо-ЗНК, включенных в олигомер (олигонуклеотид), имеет общую формулу I:Each of the possible L-ribo-ZNAs included in the oligomer (oligonucleotide) has the general formula I:
где Х выбирают из -О- (L-рибофуранозный мотив), -S-, -М(RN*)-, -C(R6R6*)-, где R6, R6* и RN* определены ниже. Таким образом, L-рибо-ЗНК, включенные в олигомер, содержат 5-членное кольцо в качестве обязательной части бициклической структуры.where X is selected from -O- (L-ribofuranose motif), -S-, -M (R N * ) -, -C (R 6 R 6 * ) -, where R 6 , R 6 * and R N * are defined below. Thus, L-ribo-ZNAs included in the oligomer contain a 5-membered ring as an essential part of the bicyclic structure.
Среди возможных 5-членных колец очень интересной является ситуация, когда Х обозначает -О-, -S- и -N(RN*), а ситуация, когда Х обозначает -О-, представляется особенно интересной.Among the possible 5-membered rings, a very interesting situation is when X is —O—, —S— and —N (R N * ), and a situation where X is —O— is particularly interesting.
Заместитель В может обозначать группу, которая, в том случае когда олигомер образует комплекс с ДНК или РНК, способна взаимодействовать (например, с помощью водородных связей, или ковалентных связей, или посредством электронного взаимодействия) с ДНК или РНК, в особенности с нуклеотидными основаниями ДНК или РНК. Альтернативно, заместитель В может обозначать группу, которая действует как метка или репортер, или заместитель В может обозначать группу (например, водород), которая, как ожидается, будет в незначительной мере взаимодействовать с ДНК или РНК, или взаимодействие вообще не будет иметь места. Так, заместитель В предпочтительно выбирают из водорода, гидрокси, необязательно замещенного С1-4-алкокси, необязательно замещенного C1-4-алкила, необязательно замещенного C1-4-ацилокси, нуклеотидных оснований, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов.Substituent B may denote a group which, when the oligomer forms a complex with DNA or RNA, is capable of interacting (for example, via hydrogen bonds, or covalent bonds, or through electronic interaction) with DNA or RNA, especially with the nucleotide bases of DNA or RNA. Alternatively, substituent B may indicate a group that acts as a label or reporter, or substituent B may indicate a group (eg, hydrogen) that is expected to interact slightly with DNA or RNA, or the interaction will not occur at all. Thus, substituent B is preferably selected from hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-4 alkoxy, optionally substituted C 1-4 alkyl, optionally substituted C 1-4 acyloxy, nucleotide bases, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands.
В контексте настоящего описания термин «нуклеотидное основание» охватывает как природные нуклеотидные основания, так и неприродные нуклеотидные основания. Каждому специалисту со средним уровнем знаний в данной области очевидно, что различные нуклеотидные основания, которые ранее рассматривались как неприродные, впоследствии были найдены в природе. Таким образом, термин «нуклеотидные основания» включает не только известные пуриновые и пиримидиновые гетероциклы, но также аналоги гетероциклических соединений и их таутомеры. Репрезентативные примеры нуклеотидных оснований включают аденин, гуанин, тимин, цитозин, урацил, пурин, ксантин, диаминопурин, 8-оксо-N6-метиладенин, 7-деазаксантин, 7-деазагуанин, N4,N4-этаноцитозин, N6,N6-этано-2,6-диаминопурин, 5-метилцитозин, 5-(С3-С6)-алкинилцитозин, 5-фторурацил, 5-бромурацил, псевдоизоцитозин, 2-гидрокси-5-метил-4-триазолопиридин, изоцитозин, изогуанин, инозин и «неприродные» нуклеотидные основания, описанные в патенте США No. 5432272 (Benner et al.). Термин «нуклеотидное основание» охватывает все приведенные примеры, а также их аналоги и таутомеры. Особенно интересными нуклеотидными основаниями являются аденин, гуанин, тимин, цитозин и урацил, которые рассматриваются как природные нуклеотидные основания в контексте их терапевтического и диагностического использования у людей.In the context of the present description, the term "nucleotide base" encompasses both natural nucleotide bases and non-natural nucleotide bases. It is obvious to every specialist with an average level of knowledge in this field that various nucleotide bases, which were previously considered unnatural, were subsequently found in nature. Thus, the term “nucleotide bases” includes not only known purine and pyrimidine heterocycles, but also analogues of heterocyclic compounds and their tautomers. Representative examples of nucleotide bases include adenine, guanine, thymine, cytosine, uracil, purine, xanthine, diaminopurin, 8-oxo-N 6- methyladenine, 7-deazaxanthin, 7-deazaguanine, N 4 , N 4- ethanocytosine, N 6 , N 6- ethano-2,6-diaminopurin, 5-methylcytosine, 5- (C 3 -C 6 ) alkynylcytosine, 5-fluorouracil, 5-bromouracil, pseudoisocytosine, 2-hydroxy-5-methyl-4-triazolopyridine, isocytosine, isoguanine, inosine, and the "unnatural" nucleotide bases described in US Pat. 5,432,272 (Benner et al.). The term "nucleotide base" covers all of the above examples, as well as their analogues and tautomers. Particularly interesting nucleotide bases are adenine, guanine, thymine, cytosine and uracil, which are considered as natural nucleotide bases in the context of their therapeutic and diagnostic use in humans.
В контексте настоящего описания термин «интеркалятор ДНК» означает группу, которая может интеркалироваться в спираль, дуплекс или триплекс ДНК или РНК. Примеры функциональных частей интеркаляторов ДНК включают акридины, антрацены, хиноны, такие как антрахинон, индол, хинолин, изохинолин, дигидрохиноны, антрациклины, тетрациклины, метиленовый синий, антрациклинон, псоралены, кумарины, этидий-галогениды, динемицин, комплексы металлов, такие как 1,10-фенантролин-медь, трис(4,7-дифенил-1,10-фенантролин)рутений-кобальт-энедиины, такие как калхеамицин, порфирины, дистамицин, нетропцин, виологен, дауномицин. Особенно интересными примерами являются акридины, хиноны, такие как антрахинон, метиленовый синий, псоралены, кумарины и этидий-галогениды.In the context of the present description, the term "DNA intercalator" means a group that can intercalate into a helix, duplex or triplex of DNA or RNA. Examples of the functional parts of DNA intercalators include acridines, anthracenes, quinones, such as anthraquinone, indole, quinoline, isoquinoline, dihydroquinones, anthracyclines, tetracyclines, methylene blue, anthracyclines, psoralenes, coumarins, ethidium halides, dynemycin, metal, 10-phenanthroline-copper, tris (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium-cobalt-enedines, such as calheamycin, porphyrins, distamycin, netropcin, viologen, daunomycin. Particularly interesting examples are acridines, quinones, such as anthraquinone, methylene blue, psoralen, coumarins, and ethidium halides.
В контексте настоящего описания термин «фотохимически активные группы» охватывает соединения, способные подвергаться химическим реакциям при облучении светом. Наглядными примерами функциональных групп таких соединений являются хиноны, особенно 6-метил-1,4-нафтохинон, антрахинон, нафтохинон и 1,4-диметил-антрахинон, диазирины, ароматические азиды, бензофеноны, псоралены, диазосоединения и диазириносоединения.In the context of the present description, the term "photochemically active groups" covers compounds capable of undergoing chemical reactions when irradiated with light. Illustrative examples of the functional groups of such compounds are quinones, especially 6-methyl-1,4-naphthoquinone, anthraquinone, naphthoquinone and 1,4-dimethyl-anthraquinone, diazirines, aromatic azides, benzophenones, psoralenes, diazo compounds and diazirino compounds.
В контексте настоящего описания термин «термохимически реактивная группа» означает функциональную группу, которая при термохимической индукции способна образовывать ковалентную связь с другими группами. Наглядными примерами функциональных частей термохимически активных групп являются карбоновые кислоты, сложные эфиры карбоновых кислот, такие как активированные сложные эфиры, галоидангидриды карбоновых кислот, такие как фторангидриды, хлорангидриды, бромангидриды и иодангидриды, а также азиды карбоновых кислот, гидразиды карбоновых кислот, сульфоновые кислоты, сложные эфиры сульфоновых кислот, галоидангидриды сульфоновых кислот, семикарбазиды, тиосемикарбазиды, альдегиды, кетоны, первичные спирты, вторичные спирты, третичные спирты, фенолы, алкилгалогениды, тиолы, дисульфиды, первичные амины, вторичные амины, третичные амины, гидразины, эпоксиды, малеимиды и производные бороновой кислоты.In the context of the present description, the term "thermochemically reactive group" means a functional group that, when thermochemical induction is capable of forming a covalent bond with other groups. Illustrative examples of the functional parts of thermochemically active groups are carboxylic acids, esters of carboxylic acids, such as activated esters, carboxylic acid halides, such as fluorohydrides, acid chlorides, bromoanhydrides and iodohydrides, as well as carboxylic acid azides, carboxylic acid hydrides, sulfones sulfonic acid esters, sulfonic acid halides, semicarbazides, thiosemicarbazides, aldehydes, ketones, primary alcohols, secondary alcohols, tertiary alcohol , Phenols, alkyl halides, thiols, disulphides, primary amines, secondary amines, tertiary amines, hydrazines, epoxides, maleimides, and boronic acid derivatives.
В контексте настоящего описания термин «хелатирующая группа» означает молекулу, которая включает более одного сайта связывания и зачастую соединяется с другой молекулой, другим атомом или другим ионом посредством более чем одного связывающего сайта в одно и то же время. Примеры функциональных частей хелатирующих групп включают иминодиуксусную кислоту, нитрилотриуксусную кислоту, этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), аминофосфоновую кислоту и др.In the context of the present description, the term "chelating group" means a molecule that includes more than one binding site and often connects to another molecule, another atom or other ion through more than one binding site at the same time. Examples of the functional parts of the chelating groups include iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), aminophosphonic acid, etc.
В контексте настоящего описания термин «репортерная группа» означает группу, которая обнаруживается либо сама по себе, либо как часть обнаруживаемой серии. Примеры функциональных частей репортерных групп включают биотин, дигоксигенин, флуоресцентные группы (группы, способные абсорбировать электромагнитное излучение, например, свет или рентгеновские лучи с определенной длиной волны, с последующей повторной эмиссией поглощенной энергии в виде излучения с большей длиной волны; наглядные примеры включают дансил (5-диметиламино)-1-нафталинсульфонил), DOXYL (N-оксил-4,4-диметилоксазолидин), PROXYL (N-оксил-2,2,5,5-тетраметилпирролидин), TEMPO (N-оксил-2,2,6,6-тетраметилпиперидин), динитрофенил, акридины, кумарины, Сy3 и Сy5 (торговые марки Biological Detection Systems, Inc.), эритрозин, кумаровую кислоту, умбеллиферон, техасский красный (Texas Red), родамин, тетраметил-родамин, рокс (Rox), 7-нитробензо-2-окса-1-диазол (НБД), пирен, флуоресцеин, европий, рутений, самарий и другие редкоземельные металлы), радиоизотопные метки, хемилюминесцентные метки (метки, обнаруживаемые за счет эмиссии света во время химической реакции), спиновые метки (свободные радикалы (например, замещенные органические нитроксиды) или другие парамагнитные зонды (например, Cu2+, Mg2+), которые при связывании с биологической молекулой делают ее обнаруживаемой при использовании спектроскопии электронного парамагнитного резонанса), ферменты (такие как пероксидазы, щелочные фосфатазы, β-галактозидазы и глюкозооксидазы), антигены, антитела, гаптены (группы, способные соединяться с антителом, но которые сами по себе не вызывают иммунного ответа, такие как пептиды и стероидные гормоны), системы носителей для проникновения через клеточную мембрану, такие как остатки жирных кислот, стероидные группы (холестерин), витамин А, витамин D, витамин Е, фолиевая кислота, пептиды для специфических рецепторов, группы, опосредующие эндоцитоз, эпидермальный фактор роста (EGF), брадикинин и фактор роста тромбоцитов (PDGF). Особенно интересные примеры включают биотин, флуоресцеин, техасский красный, родамин, динитрофенил, дигоксигенин, рутений, европий, Сy5 и Сy3.In the context of the present description, the term "reporter group" means a group that is detected either by itself or as part of a detectable series. Examples of the functional parts of the reporter groups include biotin, digoxygenin, fluorescent groups (groups that can absorb electromagnetic radiation, such as light or X-rays with a specific wavelength, followed by re-emission of absorbed energy in the form of radiation with a longer wavelength; illustrative examples include dansyl ( 5-dimethylamino) -1-naphthalenesulfonyl), DOXYL (N-oxyl-4,4-dimethyloxazolidine), PROXYL (N-oxyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine), TEMPO (N-oxyl-2,2, 6,6-tetramethylpiperidine), dinitrophenyl, acridines, coumarins, y3 and Сy5 (trademarks of Biological Detection Systems, Inc.), erythrosine, coumaric acid, umbelliferone, Texas Red (Roxamine), rhodamine, tetramethyl rhodamine, Rox (Rox), 7-nitrobenzo-2-oxa-1-diazole (BND), pyrene, fluorescein, europium, ruthenium, samarium and other rare earth metals), radioisotope labels, chemiluminescent labels (labels detected by light emission during a chemical reaction), spin labels (free radicals (for example, substituted organic nitroxides) or other paramagnetic probes (e.g. Cu 2+ , Mg 2+ ) that, when bound to bi the biological molecule makes it detectable using electron paramagnetic resonance spectroscopy), enzymes (such as peroxidases, alkaline phosphatases, β-galactosidases and glucose oxidases), antigens, antibodies, haptens (groups that can bind to the antibody, but which by themselves do not cause immune response, such as peptides and steroid hormones), carrier systems for penetration through the cell membrane, such as fatty acid residues, steroid groups (cholesterol), vitamin A, vitamin D, vitamin E, folic acid acid, peptides for specific receptors, endocytosis mediating groups, epidermal growth factor (EGF), bradykinin and platelet growth factor (PDGF). Particularly interesting examples include biotin, fluorescein, Texas red, rhodamine, dinitrophenyl, digoxygenin, ruthenium, europium, Cy5 and Cy3.
В контексте настоящего описания термин «лиганд» означает группу, которая может связываться с чем-либо. Лиганды могут включать функциональные группы, такие как ароматические группы (такие как бензол, пиридин, нафталин, антрацен и фенантрен), гетероароматические группы (такие как тиофен, фуран, тетрагидрофуран, пиридин, диоксан и пиримидин), карбоновые кислоты, сложные эфиры карбоновых кислот, галогениды карбоновых кислот, азиды карбоновых кислот, гидразиды карбоновых кислот, сульфоновые кислоты, сложные эфиры сульфоновых кислот, галогениды сульфоновых кислот, семикарбазиды, тиосемикарбазиды, альдегиды, кетоны, первичные спирты, вторичные спирты, третичные спирты, фенолы, алкилгалогениды, тиолы, дисульфиды, первичные амины, вторичные амины, третичные амины, гидразины, эпоксиды, малеинимиды, C1-C20-алкильные группы, необязательно включающие внутри группы или на ее конце один или более гетероатомов, таких как атомы кислорода, атомы азота и/или атомы серы, необязательно включающие ароматические или моно/полиненасыщенные углеводороды, полиоксиэтилен, такой как полиэтиленгликоль, олиго/полиамиды, такие как поли-β-аланин, полиглицин, полилизин, пептиды, олиго/полисахариды, олиго/полифосфаты, токсины, антибиотики, клеточные яды и стероиды, а также «аффинные лиганды», т.е. функциональные группы или биомолекулы, которые обладают специфической аффинностью в отношении сайтов на определенных белках, антителах, поли- и олигосахаридах и других биомолекулах.In the context of the present description, the term "ligand" means a group that can bind to something. Ligands may include functional groups such as aromatic groups (such as benzene, pyridine, naphthalene, anthracene and phenanthrene), heteroaromatic groups (such as thiophene, furan, tetrahydrofuran, pyridine, dioxane and pyrimidine), carboxylic acids, carboxylic acid esters, carboxylic acid halides, carboxylic acid azides, carboxylic acid hydrazides, sulfonic acids, sulfonic acid esters, sulfonic acid halides, semicarbazides, thiosemicarbazides, aldehydes, ketones, primary alcohols, secondary pirs, tertiary alcohols, phenols, alkyl halides, thiols, disulfides, primary amines, secondary amines, tertiary amines, hydrazines, epoxides, maleimides, C 1 -C 20 alkyl groups, optionally including one or more heteroatoms within a group or at its end, such as oxygen atoms, nitrogen atoms and / or sulfur atoms, optionally including aromatic or mono / polyunsaturated hydrocarbons, polyoxyethylene such as polyethylene glycol, oligo / polyamides such as poly-β-alanine, polyglycine, polylysine, peptides, oligo / polysaccharides, oligo / po lyphosphates, toxins, antibiotics, cell poisons and steroids, as well as “affinity ligands”, i.e. functional groups or biomolecules that have specific affinity for sites on certain proteins, antibodies, poly- and oligosaccharides and other biomolecules.
Для любого специалиста в данной области очевидно, что указанные выше конкретные примеры интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов соответствуют «активной/функциональной» части рассматриваемых групп. Для специалистов в данной области также ясно, что интеркаляторы ДНК, фотохимически активные группы, термохимически активные группы, хелатирующие группы, репортерные группы и лиганды в типичном случае находятся в М-К-форме, где М обозначает «активную/функциональную» часть рассматриваемой группы, а К обозначает спейсер, через который указанная «активная/ функциональная» часть присоединяется к 5-членному кольцу. Таким образом, следует понимать, что группа В в том случае, когда В выбирают из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, имеет форму М-К-, где М обозначает «активную/функциональную» часть интеркалятора ДНК, фотохимически активной группы, термохимически активной группы, хелатирующей группы, репортерной группы и лиганда, соответственно, и где К обозначает необязательный спейсер, включающий 1-50 атомов, предпочтительно 1-30 атомов, в частности 1-15 атомов, между 5-членным кольцом и «активной/функциональной» частью молекулы.It is obvious to any person skilled in the art that the above specific examples of DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands correspond to the “active / functional” part of the groups under consideration. It is also clear to those skilled in the art that DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands are typically in the M-K form, where M denotes the "active / functional" part of the group in question, and K denotes a spacer through which the specified "active / functional" part is attached to the 5-membered ring. Thus, it should be understood that group B when B is selected from intercalators of DNA, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, has the form M-K-, where M stands for "active / functional "Part of the DNA intercalator, photochemically active group, thermochemically active group, chelating group, reporter group and ligand, respectively, and where K denotes an optional spacer comprising 1-50 atoms, preferably 1-30 atoms, in particular 1-15 atoms, du 5-membered ring and the "active / functional" part of the molecule.
В контексте настоящего описания термин «спейсер» означает фотохимически и термохимически неактивную группу, которая выполняет функцию пространственного дистанцирования при соединении двух или более различных групп указанного выше типа. Спейсеры выбирают с учетом множества характеристик, включая гидрофобность, гидрофильность, гибкость их молекул и длину (см., в частности, Hermanson et al., «Immobilized Affinity Ligand Techniques», Academic Press, San Diego, California (1992), p.137-ff). В основном длина спейсера составляет менее чем примерно 400 , в случае некоторых применений предпочтительно, чтобы длина была меньше 100 . Таким образом, спейсер включает цепь углеродных атомов, необязательно содержащую внутри или на конце один или более гетероатомов, таких как атомы кислорода, атомы азота и/или атомы серы. Таким образом, спейсер К может включать одну или более амидных, сложноэфирных, амино, эфирных и/или тиоэфирных функциональных групп и необязательно ароматические или моно/полиненасыщенные углеводороды, полиоксиэтилен, такой как полиэтиленгликоль, олиго/полиамиды, такие как поли-р-аланин, полиглицин, полилизин, и пептиды в целом, олигосахариды, олиго/полифосфаты. Кроме того, спейсер может состоять из объединенных единиц. Длина спейсера может варьировать, в зависимости от его желательного или необходимого положения и пространственной ориентации «активной/функциональной» части рассматриваемой группы относительно 5-членного кольца. В особенно интересных вариантах реализации настоящего изобретения спейсер включает химически расщепляемую группу. Примеры таких химически расщепляемых групп включают дисульфидные группы, расщепляемые в восстановительных условиях, пептидные фрагменты, расщепляемые пептидазами, и др.In the context of the present description, the term "spacer" means a photochemically and thermochemically inactive group that performs the function of spatial distance when two or more different groups of the above type are connected. Spacers are selected based on many characteristics, including hydrophobicity, hydrophilicity, the flexibility of their molecules and length (see, in particular, Hermanson et al., "Immobilized Affinity Ligand Techniques", Academic Press, San Diego, California (1992), p. 137 -ff). Basically, the spacer length is less than about 400 , in the case of some applications, it is preferable that the length is less than 100 . Thus, the spacer includes a chain of carbon atoms, optionally containing inside or at the end of one or more heteroatoms, such as oxygen atoms, nitrogen atoms and / or sulfur atoms. Thus, spacer K may include one or more amide, ester, amino, ester and / or thioether functional groups and optionally aromatic or mono / polyunsaturated hydrocarbons, polyoxyethylene such as polyethylene glycol, oligo / polyamides such as poly-p-alanine, polyglycine, polylysine, and peptides in general, oligosaccharides, oligo / polyphosphates. In addition, the spacer may consist of combined units. The length of the spacer may vary, depending on its desired or necessary position and spatial orientation of the "active / functional" part of the group in question relative to the 5-membered ring. In particularly interesting embodiments of the present invention, the spacer includes a chemically cleavable group. Examples of such chemically cleavable groups include disulfide groups cleaved under reducing conditions, peptide fragments cleaved by peptidases, and others.
В одном варианте реализации настоящего изобретения К обозначает одинарную связь, так что «активная/функциональная» часть рассматриваемой группы присоединяется непосредственно к 5-членному кольцу.In one embodiment of the present invention, K denotes a single bond, so that the "active / functional" part of the group in question is attached directly to the 5-membered ring.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения заместитель В в основных формулах I и II предпочтительно выбирают из нуклеотидных оснований, в частности из аденина, гуанина, тимина, цитозина и урацила.In a preferred embodiment of the present invention, Deputy B in the basic formulas I and II is preferably selected from nucleotide bases, in particular from adenine, guanine, thymine, cytosine and uracil.
В олигомерах согласно настоящему изобретению (формула I) Р обозначает положение радикала в межнуклеозидной связи с последующим мономером или 5'-концевую группу. Первый вариант имеет место в том случае, когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК не является 5'-концевым «мономером», тогда как последний вариант применим в том случае, когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК представляет собой 5'-концевой «мономер». Следует понимать (что также очевидно из приведенного ниже определения межнуклеозидной связи и 5'-концевой группы), что такая межнуклеозидная связь или 5'-концевая группа могут включать заместитель R5 (или равноприемлемый заместитель R5*), образуя таким образом двойную связь с группой Р. (5'-конец относится к положению, соответствующему 5'-атому углерода в рибозной группе нуклеозида).In the oligomers according to the present invention (formula I), P denotes the position of the radical in the internucleoside bond with the subsequent monomer or 5'-terminal group. The first option occurs when the considered L-ribo-ZNA is not a 5'-terminal "monomer", while the last option is applicable when the considered L-ribo-ZNA is a 5'-terminal "monomer" . It should be understood (which is also obvious from the definition of internucleoside linkage and the 5'-terminal group given below) that such an internucleoside linkage or 5'-terminal group may include a substituent R 5 (or an equally acceptable substituent R 5 * ), thereby forming a double bond with R. group (5'-end refers to the position corresponding to the 5'-carbon atom in the ribose group of the nucleoside).
С другой стороны Р* обозначает положение радикала в межнуклеозидной связи с предшествующим мономером или 3'-концевую группу. Аналогично, первый вариант относится к тому случаю, когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК не является 3'-концевым «мономером», тогда как последний вариант имеет место в том случае, когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК представляет собой 3'-концевой «мономер» (3'-конец относится к положению, соответствующему 3'-атому углерода в рибозной группе в нуклеозиде).On the other hand, P * denotes the position of the radical in the internucleoside bond with the preceding monomer or a 3'-terminal group. Similarly, the first option refers to the case when the considered L-ribo-ZNA is not a 3'-terminal "monomer", while the latter option occurs when the considered L-ribo-ZNA is a 3'-terminal " monomer "(3'-end refers to the position corresponding to the 3'-carbon atom in the ribose group in the nucleoside).
В контексте настоящего описания термин «мономер» относится к природным нуклеозидам, неприродным нуклеозидам, ПНК, ЗНК, а также к L-рибо-ЗНК. Таким образом, термин «последующий мономер» относится к соседнему мономеру в направлении 5'-конца, и термин «предшествующий мономер» относится к соседнему мономеру в направлении 3'-конца. Такие последующий и предшествующий мономеры с точки зрения положения L-рибо-ЗНК мономера могут быть представлены природными нуклеозидами или неприродными нуклеозидами или даже L-рибо-ЗНК мономерами.In the context of the present description, the term "monomer" refers to natural nucleosides, unnatural nucleosides, PNA, ZNA, and also to L-ribo-ZNA. Thus, the term “downstream monomer” refers to an adjacent monomer in the 5 ′ end direction, and the term “upstream monomer” refers to an adjacent monomer in the 3 ′ end direction. Such subsequent and preceding monomers from the point of view of the position of the L-ribo-LNA monomer can be represented by natural nucleosides or unnatural nucleosides or even L-ribo-LNA monomers.
Следовательно, в контексте настоящего описания (как можно видеть из приведенных выше определений) термин «олигомер» означает олигонуклеотид, модифицированный за счет включения одного или более L-рибо-ЗНК.Therefore, in the context of the present description (as can be seen from the above definitions), the term "oligomer" means an oligonucleotide modified by the inclusion of one or more L-ribo-ZNAs.
Важнейшей частью настоящего изобретения является L-рибо-конфигурация комбинированного 5-членного кольца, при условии, что R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, образующий слитое кольцо на 5-членном кольце.The most important part of the present invention is the L-ribo configuration of the combined 5-membered ring, provided that R 2 * and R 4 * together represent the diradical forming a fused ring on the 5-membered ring.
В группах, составляющих бирадикал(ы), Z выбирают из -О-, -S- и -N(Ra)-, и Ra и Rb, каждый, независимо, выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-12-алкила, необязательно замещенного С2-12-алкенила, необязательно замещенного С2-12-алкинила, гидрокси, C1-12-алкокси, С2-12-алкенилокси, карбокси, C1-12-алкоксикарбонила, C1-12-алкилкарбонила, формила, арила, арилоксикарбонила, арилокси, арилкарбонила, гетероарила, гетероарилоксикарбонила, гетероарилокси, гетероарилкарбонила, амино, моно- и ди(С1-6-алкил)амино, карбамоила, моно- и ди(С1-6-алкил)аминокарбонила, амино-С1-6-алкиламинокарбонила, моно- и ди (C1-6-алкил) амино-С1-6-алкиламинокарбонила, C1-6-алкилкарбонил-амино, карбамидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, C1-6-алкилсульфонилокси, нитро, азидо, сульфанила, C1-6-алкилтио, галогена, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов (причем последние группы могут включать спейсер, определенный для заместителя В), где арил и гетероарил могут быть необязательно замещены. Кроме того, два геминальных заместителя Ra и Rb вместе могут обозначать необязательно замещенный метиленолефин (=СН2, необязательно замещенный в одном или двух положениях заместителями, определенными для случая необязательных заместителей арила).In the groups comprising the biradical (s), Z is selected from —O—, —S—, and —N (R a ) -, and R a and R b are each independently selected from hydrogen optionally substituted with C 1-12 - alkyl, optionally substituted C 2-12 alkenyl, optionally substituted C 2-12 alkynyl, hydroxy, C 1-12 alkoxy, C 2-12 alkenyloxy, carboxy, C 1-12 alkoxycarbonyl, C 1-12 alkylcarbonyl, formyl, aryl, aryloxycarbonyl, aryloxy, arylcarbonyl, heteroaryl, heteroaryloxycarbonyl, heteroaryloxy, heteroarylcarbonyl, amino, mono and di (C 1-6 alkyl) amino, carbamoyl, mono and di (C 1-6 alkyl) aminocarbo yl, amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, C 1-6 -alkylcarbonyl-amino, carbamido, C 1-6 alkanoyloxy, sulfono, C 1-6 alkylsulfonyloxy, nitro, azido, sulfanyl, C 1-6 alkylthio, halogen, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands (the latter groups may include a spacer, defined for substituent B), where aryl and heteroaryl may be optionally substituted. In addition, the two geminal substituents R a and R b together may be optionally substituted methylene olefin (= CH 2 optionally substituted at one or two positions with substituents defined for optional aryl substituents).
В контексте настоящего изобретения, то есть в контексте описания и формулы изобретения, ориентация бирадикалов такова, что левая сторона отображает заместитель с наименьшим числом, и правая сторона отображает заместитель с наибольшим числом, так что, когда R2* и R4* вместе обозначают бирадикал «-О-СН2-», следует понимать, что атом кислорода соответствует R2* и метиленовая группа соответствует R4*.In the context of the present invention, that is, in the context of the description and claims, the orientation of the biradicals is such that the left side represents the substituent with the lowest number, and the right side displays the substituent with the largest number, so that when R 2 * and R 4 * together denote the biradical "-O-CH 2 -", it should be understood that the oxygen atom corresponds to R 2 * and the methylene group corresponds to R 4 * .
С точки зрения возможностей, предоставляемых структурой бирадикала(ов) в L-рибо-ЗНК, включаемых в олигомеры согласно настоящему изобретению, считается, что бирадикалы, составленные парой(ами) негеминальных заместителей, предпочтительно выбирают из - (CR*R*)r-Y-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r-Y-(CR*R*)s-Y-, -Y-(CR*R*)r+s-Y-, -Y-(CR*R*)r-Y-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r+s-, -Y-, -Y-Y-, где каждый Y независимо выбирают из -О-, -S-, -Si(R*)2-, -N(R*)-, >С=O, -C(=O)-N(R*)- и -N(R*)-С(=O)-, где каждый R* независимо выбирают из водорода, галогена, азидо, циано, нитро, гидрокси, меркапто, амино, моно- или ди(С1-6-алкил)амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6-алкила, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, и/или два соседних (негеминальных) R* могут вместе обозначать двойную связь и каждый r и s обозначает 0-4, при условии, что сумма r+s равна 1-4. Особенно интересными являются ситуации, в которых каждый бирадикал независимо выбирают из -Y-, -(CR*R*)r+s-, -(CR*R*)r-Y-(CR*R*)s- и -Y-(CR*R*)r+s-Y-, где каждый r и s обозначает 0-3, при условии, что сумма r+s составляет 1-4.In terms of the possibilities afforded by the structure of the biradical (s) in L-ribo-ZNA to be included in the oligomers of the present invention, it is believed that the biradicals made up by the pair (s) of non-heminal substituents are preferably selected from - (CR * R * ) r - Y- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r -Y- (CR * R * ) s -Y-, -Y- (CR * R * ) r + s -Y-, - Y- (CR * R * ) r -Y- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r + s -, -Y-, -YY-, where each Y is independently selected from -O- , -S-, -Si (R * ) 2 -, -N (R * ) -,> С = O, -C (= O) -N (R * ) - and -N (R * ) -С ( = O) -, where each R * is independently selected from hydrogen, halogen, azido, cyano, nitro, hydroxy, mercapto, amino, mono- or di (C1-6 alkyl) and ino optionally substituted C 1-6 -alkoxy, optionally substituted C 1-6 -alkyl, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands, and / or two adjacent (negeminalnyh) R * may together denote a double bond and each r and s is 0-4, provided that the sum of r + s is 1-4. Of particular interest are situations in which each biradical is independently selected from -Y-, - (CR * R * ) r + s -, - (CR * R * ) r -Y- (CR * R * ) s - and -Y - (CR * R * ) r + s -Y-, where each r and s is 0-3, provided that the sum of r + s is 1-4.
Особенно интересными олигомерами являются те, которые удовлетворяют следующим критериям, применяемым к L-рибо-ЗНК в олигомерах: R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -О-, -S-, -N(R*)-, -(CR*R*)r+s+l-, -(CR*R*)r-O-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r-S- (CR*R*)s-, -(CR*R*)r-N(R*)-(CR*R*)s-, -O-(CR*R*)r+s-O-, -S-(CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-S-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-N(R*)-, -S-(CR*R*)r+s-S-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-N(R*)-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-S- и -S-(CR*R*)r+s-N(R*) -, где каждый r и s обозначает 0-3, при условии, что сумма r+s составляет 1-4, и где R* выбирают из водорода, гидрокси, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного С1-6-алкила, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, и остальные заместители R* представляют собой водород.Particularly interesting oligomers are those that satisfy the following criteria applicable to L-ribo-ZNA in oligomers: R 2 * and R 4 * together denote a biradical selected from —O—, —S—, —N (R * ) -, - (CR * R * ) r + s + l -, - (CR * R * ) r -O- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r -S- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r -N (R * ) - (CR * R * ) s -, -O- (CR * R * ) r + s -O-, -S- (CR * R * ) r + s -O-, -O- (CR * R * ) r + s -S-, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -O-, -O- ( CR * R * ) r + s -N (R * ) -, -S- (CR * R * ) r + s -S-, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -N (R * ) -, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -S- and -S- (CR * R * ) r + s -N (R * ) -, where each r and s = 0-3, with the proviso that the sum r + s is 1-4, and wherein R * is selected from hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-6 -alk xi, optionally substituted C 1-6 -alkyl, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands, and the remaining substituents R * are hydrogen.
В одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения одну группу R* в бирадикале по меньшей мере одного ЗНК выбирают из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов (при этом последние группы могут включать спейсер, определенный для заместителя В).In one preferred embodiment of the present invention, one R * group in the biradical of at least one ZNA is selected from DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands (the latter groups may include a spacer specific for the substituent IN).
В другом предпочтительном варианте реализации изобретения одну группу R* в бирадикале по меньшей мере одного ЗНК выбирают из водорода, гидрокси, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6-алкила, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, и любые оставшиеся заместители R* представляют собой водород.In another preferred embodiment, one R * group in the biradical of at least one ZNA is selected from hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, DNA intercalators, photochemically active groups, and thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, and any remaining R * substituents are hydrogen.
Имеющиеся заместители R1*, R2, R3*, R5, R5*, R6 и R6* выбирают независимо из водорода, необязательно замещенного C1-12-алкила, необязательно замещенного С2-12-алкенила, необязательно замещенного С2-12-алкинила, гидрокси, C1-12-алкокси, С2-12-алкенилокси, карбокси, C1-12-алкоксикарбонила, C1-12-алкилкарбонила, формила, арила, арилоксикарбонила, арилокси, арилкарбонила, гетероарила, гетероарилоксикарбонила, гетероарилокси, гетероарилкарбонила, амино, моно- и ди(С1-6-алкил)амино, карбамоила, моно- и ди (C1-6-алкил) аминокарбонила, амино-С1-6-алкиламинокарбонила, моно- и ди(С1-6-алкил) амино-С1-6-алкиламинокарбонила, C1-6-алкилкарбониламино, карбамидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, C1-6-алкилсульфонилокси, нитро, азидо, сульфанила, C1-6-алкилтио, галогена, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов (причем последние группы могут включать спейсер, определенный для заместителя В), где арил и гетероарил могут быть необязательно замещены и где два геминальных заместителя вместе могут обозначать оксо, тиоксо, имино или необязательно замещенный метилен, или вместе они могут образовывать спиро-бирадикал, состоящий из алкиленовой цепи, состоящей из 1-5 атомов углерода, которая может необязательно содержать внутри и/или на конце один/одну или более гетероатомов/групп, выбранных из -О-, -S- и -(NRN)-, где RN выбирают из водорода и C1-4-алкила и где два соседних (негеминальных) заместителя могут обозначать дополнительную связь, приводящую к образованию двойной связи; и RN*, если присутствует, выбирают из водорода и C1-4-алкила.Existing substituents R 1 * , R 2 , R 3 * , R 5 , R 5 * , R 6 and R 6 * are independently selected from hydrogen, optionally substituted C 1-12 alkyl, optionally substituted C 2-12 alkenyl, optionally substituted C 2-12 alkynyl, hydroxy, C 1-12 alkoxy, C 2-12 alkenyloxy, carboxy, C 1-12 alkoxycarbonyl, C 1-12 alkylcarbonyl, formyl, aryl, aryloxycarbonyl, aryloxy, arylcarbonyl, heteroaryl, heteroaryloxycarbonyl, heteroaryloxy, heteroarylcarbonyl, amino, mono- and di (C 1-6 alkyl) amino, carbamoyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) aminocarbonyl, amino-C 1-6 -alkilaminokarbo yl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) amino-C 1-6 -alkylaminocarbonyl, C 1-6 -alkilkarbonilamino, carbamido, C 1-6 -alkanoyloxy, sulphono, C 1-6 -alkilsulfoniloksi, nitro, azido, sulfanyl, C 1-6 alkylthio, halogen, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands (the latter groups may include a spacer specific for substituent B), where aryl and heteroaryl can be optionally substituted and where two geminal substituents together may represent oxo, thioxo, imino or optionally substituted methylene, or together they can form a spiro-biradical consisting of an alkylene chain of 1-5 carbon atoms, which may optionally contain one / one or more heteroatoms / groups selected from -O- inside and / or at the end , -S- and - (NR N ) -, where R N is selected from hydrogen and C 1-4 -alkyl and where two adjacent (non-heminal) substituents may represent an additional bond, leading to the formation of a double bond; and R N * , if present, is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl.
Предпочтительно каждый из заместителей R1*, R2, R3*, R5, R5*, R6 и R6* в L-рибо-ЗНК, в случае их наличия, независимо выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, гидрокси, C1-6-алкокси, С2-6-алкенилокси, карбокси, C1-6-алкоксикарбонила, С1-6-алкилкарбонила, формила, амино, моно- и ди(С1-6-алкил)амино, карбамоила, моно- и ди(C1-6-алкил)аминокарбонила, C1-6-алкилкарбониламино, карбамидо, азидо, C1-6-алканоилокси, сульфоно, сульфанила, C1-6-алкилтио, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов, а также галогена, причем два геминальных заместителя вместе могут образовывать оксо, и RN*, в случае его наличия, выбирают из водорода и C1-4-алкила.Preferably, each of the substituents R 1 * , R 2 , R 3 * , R 5 , R 5 * , R 6 and R 6 * in L-ribo-LNA, if present, is independently selected from hydrogen, optionally substituted with C 1- 6 -alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, hydroxy, C 1-6 alkoxy, C 2-6 alkenyloxy, carboxy, C 1-6 alkoxycarbonyl, C 1-6 alkylcarbonyl, formyl, amino, mono - and di (C 1-6 -alkyl) amino, carbamoyl, mono- and di (C 1-6 -alkyl) aminocarbonyl, C 1-6 -alkylcarbonylamino, carbamido, azido, C 1-6 -alkanoyloxy, sulfono, sulfanyl , C 1-6 -alkylthio, DNA intercalators, photochemically active groups, thermo Chemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands, and halogen, where two geminal substituents together may form an oxo, and R N *, when present, is selected from hydrogen and C 1-4 -alkyl.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения Х выбирают из -О-, -S- и -NRN*-, в частности -О-, и каждый из заместителей R1*, R2, R3*, R5, R5*, R6 и R6* в L-рибо-ЗНК, в случае их наличия, обозначает водород.In a preferred embodiment of the present invention, X is selected from —O—, —S— and —NR N * -, in particular —O—, and each of the substituents R 1 * , R 2 , R 3 * , R 5 , R 5 * , R 6 and R 6 * in L-ribo-ZNA, if present, is hydrogen.
В еще более предпочтительном варианте реализации изобретения Х обозначает О, заместители R1*, R2, R3, R5 и R5* обозначают водород, и R2* и R4* в L-рибо-ЗНК, включенном в олигомер, вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -О-, -(СН2)0-1-О-(CH2)1-3-, -(СН2)0-1-S-(CH2)1-3-, -(CH2)0-1-N(RN)-(CH2)1-3- и -(СН2)2-4-, в частности из -O-СН2-, -S-CH2- и -NRH-CH2-. В основном, в соответствии с полученными результатами, предпочтительно, чтобы бирадикал, содержащий R2* и R4*, образовывал двухатомный мостик, т.е. чтобы радикал образовывал пятичленное кольцо с фуранозным кольцом (Х=O).In an even more preferred embodiment of the invention, X is O, the substituents R 1 * , R 2 , R 3 , R 5 and R 5 * are hydrogen, and R 2 * and R 4 * in L-ribo-ZNA included in the oligomer, together denote a biradical selected from —O—, - (CH 2 ) 0-1 —O— (CH 2 ) 1-3 -, - (CH 2 ) 0-1 —S- (CH 2 ) 1-3 -, - (CH 2 ) 0-1 -N (R N ) - (CH 2 ) 1-3 - and - (CH 2 ) 2-4 -, in particular from -O-CH 2 -, -S-CH 2 - and —NR H —CH 2 -. Basically, in accordance with the results obtained, it is preferable that the biradical containing R 2 * and R 4 * form a diatomic bridge, i.e. so that the radical forms a five-membered ring with a furanose ring (X = O).
В одном предпочтительном варианте реализации изобретения бирадикал представляет собой -(СН2)2-4.In one preferred embodiment, the biradical is - (CH 2 ) 2-4 .
В случае указанных вариантов реализации изобретения предпочтительно, чтобы L-рибо-ЗНК имел/имели следующую общую структуру Ia:In the case of these embodiments of the invention, it is preferable that the L-ribo-ZNA has / had the following general structure Ia:
В качестве отдельного аспекта настоящего изобретения рассматривается также вариант формулы Ia, в которой В находится в «β-конфигурации».As a separate aspect of the present invention is also considered a variant of formula Ia, in which B is in the "β-configuration".
Олигомеры согласно настоящему изобретению в типичном случае включают 1-10000 L-рибо-ЗНК общей формулы I (или более детализированной общей формулы Ia) и 0-10000 нуклеозидов, выбранных из природных нуклеозидов и нуклеозидных аналогов. Суммарное число нуклеозидов и L-рибо-ЗНК (n) составляет по меньшей мере 2, предпочтительно по меньшей мере 3, в частности по меньшей мере 5, особенно по меньшей мере 7, и находится, например, в таком диапазоне, как 2-15000, предпочтительно в диапазоне 2-100, таком как 3-100, в частности в диапазоне 2-50, таком как 3-50 или 5-50 или 7-50.The oligomers of the present invention typically include 1-10000 L-ribo-ZNAs of general formula I (or more detailed general formula Ia) and 0-10000 nucleosides selected from natural nucleosides and nucleoside analogues. The total number of nucleosides and L-ribo-ZNA (n) is at least 2, preferably at least 3, in particular at least 5, especially at least 7, and is, for example, in the range of 2-15000 preferably in the range of 2-100, such as 3-100, in particular in the range of 2-50, such as 3-50 or 5-50 or 7-50.
Было обнаружено, что частично L-рибо-ЗНК модифицированные олигомеры обладают способностью к сильной гибридизации (с повышенной аффинностью) с ДНК и РНК. В настоящее время считается, что полностью модифицированные L-рибо-ЗНК олигомеры и олигомеры, состоящие из L-рибо-ЗНК мономеров вместе с другими нуклеотидными аналогами в L-рибо-конфигурации, приводят к повышению гибридизационных свойств до сравнимых величин.It was found that partially L-ribo-ZNA modified oligomers have the ability to strongly hybridize (with increased affinity) with DNA and RNA. Currently, it is believed that fully modified L-ribo-LNA oligomers and oligomers consisting of L-ribo-LNA monomers together with other nucleotide analogues in the L-ribo configuration lead to an increase in hybridization properties to comparable values.
В контексте настоящего описания термин «нуклеозид» обозначает гликозид гетероциклического основания. Термин «нуклеозид» используется в широком смысле и включает неприродные нуклеозиды, природные нуклеозиды, а также другие нуклеозидные аналоги.In the context of the present description, the term "nucleoside" refers to a glycoside of a heterocyclic base. The term "nucleoside" is used in a broad sense and includes non-natural nucleosides, natural nucleosides, as well as other nucleoside analogues.
Наглядные примеры нуклеозидов включают рибонуклеозиды, содержащие рибозную группу, а также дезоксирибонуклеозиды, содержащие дезоксирибозную группу. Относительно оснований таких нуклеозидов следует также отметить, что они могут представлять собой любое природное основание, например аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил, а также любые их модифицированные варианты или любые возможные неприродные основания.Illustrative examples of nucleosides include ribonucleosides containing a ribose group, as well as deoxyribonucleosides containing a deoxyribose group. Regarding the bases of such nucleosides, it should also be noted that they can be any natural base, for example adenine, guanine, cytosine, thymine and uracil, as well as any modified versions thereof or any possible non-natural bases.
Что касается известных нуклеозидов (природных и неприродных) и нуклеозидных аналогов (включая известные би- и трициклические аналоги), то из данных определений очевидно, что олигомер может включать один или более L-рибо-ЗНК (которые могут быть одинаковыми или отличаться с точки зрения выбора заместителя и с точки зрения выбора бирадикала) и один или более нуклеозидов и/или нуклеозидных аналогов. В контексте настоящего описания термин «олигонуклеотид» обозначает последовательную цепь нуклеозидов, соединенных с помощью межнуклеозидных связей, однако следует понимать, что нуклеотидное основание в одной или большем числе нуклеотидных единиц (мономеров) в олигомере (ологонуклеотиде) может быть модифицировано с помощью заместителя В, как определено выше.As for the known nucleosides (natural and non-natural) and nucleoside analogues (including known bi- and tricyclic analogues), it is obvious from these definitions that the oligomer may include one or more L-ribo-ZNAs (which may be the same or different in terms of choice of substituent and from the point of view of biradical choice) and one or more nucleosides and / or nucleoside analogues. In the context of the present description, the term "oligonucleotide" refers to a sequential chain of nucleosides connected via internucleoside bonds, however, it should be understood that the nucleotide base in one or more nucleotide units (monomers) in the oligomer (oologonucleotide) can be modified using Deputy B, as defined above.
Олигомеры могут быть линейными, разветвленными или циклическими. В случае разветвленного олигомера точки разветвления могут быть расположены в нуклеозиде, в межнуклеозидной связи или, в случае наиболее интересного варианта реализации изобретения, в L-рибо-ЗНК. Можно полагать, что в последнем варианте заместители R2 и R3* могут обозначать группу Р*, показывающую межнуклеозидную связь с предшествующим мономером, в частности R2 обозначает последующий Р*.Oligomers can be linear, branched or cyclic. In the case of a branched oligomer, the branch points can be located in the nucleoside, in the internucleoside bond, or, in the case of the most interesting embodiment of the invention, in L-ribo-ZNA. It can be assumed that in the latter embodiment, the substituents R 2 and R 3 * may represent a group P * showing an internucleoside bond with the preceding monomer, in particular R 2 is the subsequent P *.
Как указывалось выше, L-рибо-ЗНК олигомера связаны с другими мономерами через межнуклеозидную связь. В контексте настоящего описания термин «межнуклеозидная связь» означает связь, состоящую из 2-4, предпочтительно 3, групп/атомов, выбираемых из -СН2-, -О-, -S-, -NRH-, >C=O, >C=NRH, >C=S, -Si(R'')2-, -SO-, -S(O)2-, -P(O)2-, -РО(ВН3)-, -P(O,S)-, -Р(S)2-, -PO(R'')-, -РО(ОСН3)- и -PO(NHRH)-, где RH выбирают из водорода и C1-4-алкила, и R'' выбирают из C1-6-алкила и фенила. Наглядными примерами таких межнуклеозидных связей являются -СН2-СН2-СН2-, -СН2-СО-СН2-, -СН2-СНОН-СН2-, -О-СН2-О-, -O-СН2-СН2-, -O-СН2-СН= (включая R5, в случае использования в качестве связи с последующим мономером), -СН2-СН2-O-, -NRH-CH2-CH2-, -CH2-CH2-NRH-, -CH2-NRH-CH2-, -O-CH2-CH2-NRH-, -NRH-CO-O-, -NRH-CO-NRH-, -NRH-CS-NRH-, -NRH-C-(=NRH)-NRH-, -NRH-CO-CH2-NRH-, -O-CO-O-, -O-CO-СН2-O-, -O-СН2-СО-O-, -CH2-CO-NRH-, -O-CO-NRH-, -NRH-CO-CH2-, -O-CH2-CO-NRH-, -O-CH2-CH2-NRH-, -CH=N-O-, -CH2-NRH-O-, -CH2-O-N= (включая R5, в случае использования в качестве связи с последующим мономером), -CH2-O-NRH-, -CO-NRH-CH2-, -CH2-NRH-O-, -CH2-NRH-CO-, -O-NRH-CH2-, -O-NRH-, -O-CH2-S-, -S-CH2-O-, -CH2-CH2-S-, -O-CH2-CH2-S-, -S-CH2-CH= (включая R5, в случае использования в качестве связи с последующим мономером), -S-СН2-СН2-, -S-CH2-CH2-O-, -S-CH2-CH2-S-, -CH2-S-CH2-, -CH2-SO-CH2-, -CH2-SO2-CH2-, -O-SO-O-, -O-S(O)2-O-, -O-S(O)2-CH2-, -O-S(O)2-NRH-, -NRH-S(O)2-СН2-, -O-S(O)2-СН2-, -O-Р(O)2-O-, -O-Р(O, S)-О-, -O-Р(S)2-O-, -S-Р(O)2-O-, -S-Р(O, S)-O-, -S-Р(S)2-O-, O-Р(О)2-S-, -O-Р(O, S)-S-, -O-Р(S)2-S-, -S-Р(O)2-S-, -S-P(O, S)-S, -S-Р(S)2-S-, -O-PO(R'')-O-, -O-РО(ОСН3)-O-, -O-РО(ОСН2СН3)-О-, -O-PO(OCH2CH2S-R)-O-, -O-РО(ВН3)-O, -O-PO(NHRN)-O-, -O-Р(О)2-NRH-, -NRH-P(O)2-O-, -O-P(O, NRH)-O-, -СН2-Р(O)2-O-, -O-Р(О)2-СН2- и O-Si(R'')2-O-; среди которых особенно предпочтительны -CH2-CO-NRH-, -CH2-NRH-O-, -S-CH2-O-, -O-Р(О)2-O-, -O-Р(О, S)-О-, -O-Р(S)2-O-, -NRH-P(O)2-O-, -O-P(O, NRH)-O-, -O-РО(R'')-О-, -O-РО(СН3)-О- и -O-РО (NHRN) -О-, где RH выбирают из водорода и C1-4-алкила и RH выбирают из C1-6-алкила и фенила. Другие наглядные примеры даны в работе Mesmaeker et al., Current Opinion in Structural Biology 1995, 5, 343-355. Левая сторона межнуклеозидной связи соединяется с 5-членным кольцом в качестве заместителя Р*, тогда как правая сторона связи соединяется с 5'-положением предшествующего мономера.As indicated above, L-ribo-ZNA oligomers are linked to other monomers via an internucleoside bond. In the context of the present description, the term "internucleoside bond" means a bond consisting of 2-4, preferably 3, groups / atoms selected from -CH 2 -, -O-, -S-, -NR H -,> C = O, > C = NR H ,> C = S, -Si (R``) 2 -, -SO-, -S (O) 2 -, -P (O) 2 -, -RO (BH 3 ) -, - P (O, S) -, -P (S) 2 -, -PO (R``) -, -PO (OCH 3 ) - and -PO (NHR H ) -, where R H is selected from hydrogen and C 1 -4- alkyl, and R ″ is selected from C 1-6 -alkyl and phenyl. Illustrative examples of such internucleoside bonds are —CH 2 —CH 2 —CH 2 -, —CH 2 —CO — CH 2 -, —CH 2 —CHOH — CH 2 -, —O — CH 2 —O—, —O — CH 2 —CH 2 -, —O — CH 2 —CH = (including R 5 , if used as a bond with a subsequent monomer), —CH 2 —CH 2 —O—, —NR H —CH 2 —CH 2 - , -CH 2 -CH 2 -NR H -, -CH 2 -NR H -CH 2 -, -O-CH 2 -CH 2 -NR H -, -NR H -CO-O-, -NR H -CO -NR H -, -NR H -CS-NR H -, -NR H -C - (= NR H ) -NR H -, -NR H -CO-CH 2 -NR H -, -O-CO-O -, -O-CO-CH 2 -O-, -O-CH 2 -CO-O-, -CH 2 -CO-NR H -, -O-CO-NR H -, -NR H -CO-CH 2 -, -O-CH 2 -CO-NR H -, -O-CH 2 -CH 2 -NR H -, -CH = NO-, -CH 2 -NR H -O-, -CH 2 -ON = (including R 5 , if used as a bond with a subsequent monomer), —CH 2 —O — NR H -, —CO — NR H —CH 2 -, —CH 2 —NR H —O—, —CH 2 - NR H —CO—, —O — NR H —CH 2 -, -O-NR H -, -O-CH 2 -S-, -S-CH 2 -O-, -CH 2 -CH 2 -S-, -O-CH 2 -CH 2 -S-, - S-CH 2 -CH = (including R 5 , if used as a bond with a subsequent monomer), -S-CH 2 -CH 2 -, -S-CH 2 -CH 2 -O-, -S-CH 2 -CH 2 -S-, -CH 2 -S-CH 2 -, -CH 2 -SO-CH 2 -, -CH 2 -SO 2 -CH 2 -, -O-SO-O-, -OS (O ) 2 -O-, -OS (O) 2 -CH 2 -, -OS (O) 2 -NR H -, -NR H -S (O) 2 -CH 2 -, -OS (O) 2 -CH 2 -, -O-P (O) 2 -O-, -O-P (O, S) -O-, -O-P (S) 2 -O-, -S-P (O) 2 -O -, -S-P (O, S) -O-, -S-P (S) 2 -O-, O-P (O) 2 -S-, -O-P (O, S) -S- , -O-P (S) 2 -S-, -S-P (O) 2 -S-, -SP (O, S) -S, -S-P (S) 2 -S-, -O- PO (R '') -O-, -O- PO (OCH3) -O-, -O-PO (OCH 2 CH 3) -O-, -O-PO (OCH 2 CH 2 SR) -O- , -O-PO (BH 3 ) -O, -O-PO (NHR N ) -O-, -O-P (O) 2 -NR H -, -NR H -P (O) 2 -O-, —OP (O, NR H ) —O—, —CH 2 —P (O) 2 —O—, —O — P (O) 2 —CH 2 -, and O — Si (R ″) 2 —O— ; among which —CH 2 —CO — NR H -, —CH 2 —NR H —O—, —S — CH 2 —O—, —O — P (O) 2 —O—, —O — P ( O, S) -O-, -O-P (S) 2 -O-, -NR H -P (O) 2 -O-, -OP (O, NR H ) -O-, -O-PO ( R ″ ) —O—, —O — PO (CH 3 ) —O— and —O — PO (NHR N ) —O—, where R H is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl and R H is selected from C 1-6 alkyl and phenyl. Other illustrative examples are given by Mesmaeker et al., Current Opinion in
Из вышеуказанного также ясно, что группа Р может также обозначать 5'-концевую группу, в том случае когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК представляет собой 5'-концевой мономер. Примеры таких 5'-концевых групп включают водород, гидрокси, необязательно замещенный С1-6-алкил, необязательно замещенный C1-6-алкокси, необязательно замещенный C1-6-алкилкарбонилокси, необязательно замещенный арилокси, монофосфат, дифосфат, трифосфат и -W-A', где W выбирают из -О-, -S- и -N(RH)-, где RH выбирают из водорода и С1-6-алкила, и где А' выбирают из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов (при этом последние группы могут включать спейсер, определенный для заместителя В).From the above it is also clear that the P group can also denote a 5'-terminal group, in the case when the considered L-ribo-ZNA is a 5'-terminal monomer. Examples of such 5'-terminal groups include hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkylcarbonyloxy, optionally substituted aryloxy, monophosphate, diphosphate, triphosphate and - W-A ', where W is selected from -O-, -S- and -N (R H ) -, where R H is selected from hydrogen and C 1-6 alkyl, and where A' is selected from intercalators of DNA, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands (the latter groups may include a spacer defined A substituent B).
В контексте настоящего описания и формулы изобретения термины «монофосфат», «дифосфат» и «трифосфат» означают группы формул -O-Р(O)2-O-, -O-Р(O)2-O-Р(O)2-O- и -O-Р(O)2-O-Р(O)2-O-Р(O)2-O-, соответственно.In the context of the present description and claims, the terms "monophosphate", "diphosphate" and "triphosphate" mean groups of the formulas -O-P (O) 2 -O - , -O-P (O) 2 -O-P (O) 2 -O - and -O-P (O) 2 -O-P (O) 2 -O-P (O) 2 -O - , respectively.
В особенно интересном варианте реализации изобретения группа Р обозначает 5'-концевые группы, выбираемые из монофосфата, дифосфата и трифосфата. Вариант трифосфата особенно интересен в качестве субстрата, такого как ферменты, в особенности действующие на нуклеиновые кислоты.In a particularly interesting embodiment of the invention, group P denotes 5'-terminal groups selected from monophosphate, diphosphate and triphosphate. The triphosphate variant is particularly interesting as a substrate, such as enzymes, especially those acting on nucleic acids.
Аналогично, группа Р* может обозначать 3'-концевую группу в том случае, когда рассматриваемый L-рибо-ЗНК представляет собой 3'-концевой мономер. Примеры таких 3'-концевых групп включают водород, гидрокси, необязательно замещенный C1-6-алкокси, необязательно замещенный C1-6-алкилкарбонилокси, необязательно замещенный арилокси и -W-A', где W выбирают из -О-, -S- и -N(RH)-, где RH выбирают из водорода и C1-6-алкила, и где А' выбирают из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов (при этом последние группы могут включать спейсер, определенный для заместителя В).Similarly, the P * group may denote a 3'-terminal group in the case when the considered L-ribo-ZNA is a 3'-terminal monomer. Examples of such 3'-terminal groups include hydrogen, hydroxy, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkylcarbonyloxy, optionally substituted aryloxy and -W-A ', where W is selected from -O-, -S - and -N (R H ) -, where R H is selected from hydrogen and C 1-6 -alkyl, and where A 'is selected from DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands (when the latter groups may include a spacer defined for substituent B).
В предпочтительном варианте реализации изобретения олигомер имеет следующую формулу III:In a preferred embodiment, the oligomer has the following formula III:
гдеWhere
q обозначает 1-50;q is 1-50;
каждый из n(0),..., n(q) обозначает независимо 0-10000;each of n (0), ..., n (q) is independently 0-10000;
каждый из m(1),..., m(q) обозначает независимо 1-10000;each of m (1), ..., m (q) is independently 1-10000;
при условии, что сумма n(0),..., n (q) и m(1),..., m(q) составляет 2-15000;provided that the sum of n (0), ..., n (q) and m (1), ..., m (q) is 2-15000;
G обозначает 5'-концевую группу;G represents a 5'-terminal group;
каждый Nu независимо обозначает нуклеозид, выбираемый из природных нуклеозидов и нуклеозидных аналогов;each Nu independently represents a nucleoside selected from natural nucleosides and nucleoside analogues;
каждый L-рибо-ЗНК независимо обозначает нуклеозидный аналог;each L-ribo-ZNA independently denotes a nucleoside analogue;
каждый L независимо обозначает межнуклеозидную связь между двумя группами, выбираемыми из Nu и L-рибо-ЗНК, или L вместе с G* обозначает 3'-концевую группу; и каждый (L-рибо-ЗНК)-L независимо обозначает нуклеозидный аналог общей формулы I, определенной выше, или предпочтительно общей формулы Ia, определенной выше.each L independently represents an internucleoside bond between two groups selected from Nu and L-ribo-ZNA, or L together with G * represents a 3'-terminal group; and each (L-ribo-ZNA) -L independently represents a nucleoside analog of the general formula I as defined above, or preferably the general formula Ia as defined above.
Указанный вариант, а также в целом настоящее изобретение представляет возможность включения L-рибо-ЗНК с различными нуклеотидными основаниями, в частности с нуклеотидными основаниями, выбираемыми из тимина, цитозина и урацила, а также с нуклеотидными основаниями, выбираемыми из аденина и гуанина. Олигомер может включать, в одном варианте, по меньшей мере один L-рибо-ЗНК, в котором В (в формуле I или Ia) выбирают из группы, включающей аденин и гуанин, и по меньшей мере один L-рибо-ЗНК, в котором В выбирают из группы, включающей тимин, цитозин и урацил.This option, as well as the whole invention, provides the possibility of incorporating L-ribo-LNAs with various nucleotide bases, in particular with nucleotide bases selected from thymine, cytosine and uracil, as well as with nucleotide bases selected from adenine and guanine. The oligomer may include, in one embodiment, at least one L-ribo-LNA, in which B (in formula I or Ia) is selected from the group consisting of adenine and guanine, and at least one L-ribo-LNA, in which B is selected from the group consisting of thymine, cytosine and uracil.
Настоящее изобретение охватывает, кроме определенных выше олигомеров, также мономерные L-рибо-ЗНК, используемые, например, при получении олигомеров с целью дальнейшего использования их в качестве субстратов, например, полимераз нуклеиновых кислот, полинуклеотидкиназ, терминальных трансфераз, а также в качестве лекарственных средств (подробнее см. ниже). Мономерные L-рибо-ЗНК (особенно в том, что касается возможных бирадикалов) соответствуют в основном структуре L-рибо-ЗНК, определенным в качестве составных частей олигомеров. Однако в том, что касается групп Р и Р*, мономерные L-рибо-ЗНК несколько отличаются от случая вхождения в виде составных частей олигомеров, что будет объяснено позже. Кроме того, мономерные L-рибо-ЗНК могут включать защитные функциональные группы, особенно в тех случаях, когда мономерные L-рибо-ЗНК включают в олигомеры путем химического синтеза.The present invention covers, in addition to the oligomers defined above, also monomeric L-ribo-ZNAs, used, for example, in the preparation of oligomers for the purpose of their further use as substrates, for example, nucleic acid polymerases, polynucleotide kinases, terminal transferases, and also as medicines (see below for more details). Monomeric L-ribo-LNAs (especially with regard to possible biradicals) correspond mainly to the structure of L-ribo-LNAs, defined as components of oligomers. However, with regard to the groups P and P * , the monomeric L-ribo-ZNAs are somewhat different from the case of occurrence as oligomer constituents, which will be explained later. In addition, monomeric L-ribo-LNAs may include protective functional groups, especially when monomeric L-ribo-LNAs are incorporated into oligomers by chemical synthesis.
Изобретение также относится к мономерным L-рибо-ЗНК нуклеозидам общей формулы II:The invention also relates to monomeric L-ribo-ZNA nucleosides of the general formula II:
где заместитель В выбирают из нуклеотидных оснований, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов; Х выбирают из -О-, -S-, -N(RN*)- и -C(R6R6*)-, предпочтительно из -О-, -S-, -N(RN*)-;where Deputy B is selected from nucleotide bases, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands; X is selected from —O—, —S—, —N (R N * ) - and —C (R 6 R 6 * ) -, preferably from —O—, —S-, —N (R N * ) -;
каждый из Q и Q* независимо выбирают из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, Prot-O-, Act-O-, меркапто, Prot-S-, Act-S-, C1-6-алкилтио, амино, Prot-N(RH)-, Act-N(RH)-, моно- или ди (С1-6-алкил) амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного С1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, необязательно замещенного С2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила, необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, монофосфата, дифосфата, трифосфата, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп, лигандов, карбокси, сульфоно, гидроксиметила, Prot-O-CH2-, Act-O-СН2-, аминометила, Prot-N(RH)-CH2-, Act-N(RH)-CH2-, карбоксиметила, сульфонометила, где Prot обозначает защитную группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно. Act обозначает активирующую группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно, и RH выбирают из водорода и С1-6-алкила;each of Q and Q * is independently selected from hydrogen, azido, halogen, cyano, nitro, hydroxy, Prot-O-, Act-O-, mercapto, Prot-S-, Act-S-, C 1-6 -alkylthio , amino, Prot-N (R H ) -, Act-N (R H ) -, mono- or di (C 1-6 alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 - alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 alkynyl, optionally substituted C 2-6 alkynyloxy, monophosphate, diphosphate, triphosphate, DNA intercalators, photochemically active groups thermochemically active RUPP, chelating groups, reporter groups, ligands, carboxy, sulphono, hydroxymethyl, Prot-O-CH 2 -, Act-O-CH 2 -, aminomethyl, Prot-N (R H) -CH 2 -, Act-N ( R H ) —CH 2 -, carboxymethyl, sulfonomethyl, where Prot is a protecting group for —OH, —SH and —NH (R H ), respectively. Act is an activating group for —OH, —SH and —NH (R H ), respectively, and R H is selected from hydrogen and C 1-6 alkyl;
R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -О-, -S-, -N(R*)-, -(CR*R*)r+s+1-, -(CR*R*)r-O-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r-S-(CR*R*)s-, -(CR*R*)r-N(R*)-(CR*R*)s-, -О-(CR*R*)r+s-O-, -S-(CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-S-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-O-, -O-(CR*R*)r+s-N(R*)-, -S-(CR*R*)r+s-S-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-N(R*)-, -N(R*)-(CR*R*)r+s-S- и -S-(CR*R*)r+s-N(R*)-, где R* определен выше для олигомеров; и каждый заместитель из числа R1*, R2, R3*, R5 и R5*, которые не включаются в Q или Q*, также определен выше для олигомеров.R 2 * and R 4 * together denote a biradical selected from -O-, -S-, -N (R * ) -, - (CR * R *) r + s + 1 -, - (CR * R * ) r -O- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r -S- (CR * R * ) s -, - (CR * R * ) r -N (R * ) - (CR * R * ) s -, -O- (CR * R * ) r + s -O-, -S- (CR * R * ) r + s -O-, -O- (CR * R * ) r + s -S-, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -O-, -O- (CR * R * ) r + s -N (R * ) -, -S- (CR * R * ) r + s -S-, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -N (R * ) -, -N (R * ) - (CR * R * ) r + s -S- and -S- (CR * R * ) r + s -N (R * ) -, where R * is as defined above for oligomers; and each substituent from among R 1 * , R 2 , R 3 * , R 5 and R 5 * , which are not included in Q or Q * , is also defined above for oligomers.
Мономерные L-рибо-ЗНК также включают свои основные соли и кислые аддитивные соли.Monomeric L-ribo-ZNAs also include their basic salts and acid addition salts.
Кроме того, следует понимать, что любая химическая группа (включая любое нуклеотидное основание), которая является реакционноспособной в условиях, преобладающих в ходе химического синтеза олигонуклеотидов, представляет собой необязательно функциональную группу, защищенную с помощью известных в технике способов. Указанное положение означает, что группы, такие как гидрокси, амино, карбокси, сульфоно и меркапто группы, а также нуклеотидные основания в мономерном L-рибо-ЗНК представляют собой необязательно защищенные функциональные группы. Защиту (и удаление защитных групп) осуществляют с помощью методов, известных специалистам в данной области (см., например, Greene, Т.W. and Wuts, P.G.M., «Protective Groups in Organic Synthesis», 2nd ed., John Wiley, N.Y. (1991) and M.J. Gait, Oligonucleotide Synthesis, IRL Press, 1984).In addition, it should be understood that any chemical group (including any nucleotide base) that is reactive under the conditions prevailing during the chemical synthesis of oligonucleotides, is an optionally functional group protected by methods known in the art. This position means that groups such as hydroxy, amino, carboxy, sulfono and mercapto groups, as well as nucleotide bases in monomeric L-ribo-ZNA, are optionally protected functional groups. Protection (and deprotection) is carried out using methods known to those skilled in the art (see, for example, Greene, T.W. and Wuts, PGM, "Protective Groups in Organic Synthesis", 2 nd ed., John Wiley, NY (1991) and MJ Gait, Oligonucleotide Synthesis, IRL Press, 1984).
Наглядными примерами защитных групп для гидроксигрупп являются необязательно замещенный тритил (Тр), такой как 4,4'-диметокситритил (ДМТ), 4-монометокситритил (ММТ) и тритил, необязательно замещенный 9-(9-фенил)ксантенил (пиксил), необязательно замещенный этоксикарбонилокси, п-фенилазофенилоксикарбонилокси, тетрагидропиранил (тгп), 9-флуоренилметоксикарбонил (Fmoc), метокситетрагидропиранил (мтгп), силилокси, такой как триметилсилил (ТМС), триизопропилсилил (ТИПС), трет-бутилдиметилсилил (ТБДМС), триэтилсилил (ТЭС) и фенилдиметилсилил, а также эфиры бензилоксикарбонила или замещенного бензилоксикарбонила, такой как 2-бромбензилоксикарбонил, трет-бутиловые эфиры, алкиловые эфиры, такие как метиловый эфир, ацетали (включающие две гидроксигруппы), ацилокси, такие как ацетил- или галоген-замещенные ацетилы, например, хлорацетил или фторацетил, изобутирил, пивалоил, бензоил и замещенный бензоил, метоксиметил (MOM), бензиловые эфиры или замещенные бензиловые эфиры, такие как 2,6-дихлорбензил (2,6-Cl2Bzl). Альтернативно, гидроксигруппа может быть защищена путем связывания с твердой подложкой, необязательно через линкер.Illustrative examples of hydroxy protecting groups are optionally substituted trityl (Tr), such as 4,4'-dimethoxytrityl (DMT), 4-monomethoxytrityl (MMT), and trityl, optionally substituted 9- (9-phenyl) xanthenyl (pixel), optionally substituted ethoxycarbonyloxy, p-phenylazophenyloxycarbonyloxy, tetrahydropyranyl (tgp), 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc), methoxytetrahydropyranyl (mtgp), silyloxy such as trimethylsilyl (TMS), triisopropylsilyl (TIPSyl) trityl, trimethyl, trimethyl, trimethyl, trimethyl, trimethyl), phenyldimethylsilyl as well as eff benzyloxycarbonyl or substituted benzyloxycarbonyl such as 2-bromobenzyloxycarbonyl, tert-butyl ethers, alkyl ethers such as methyl ether, acetals (including two hydroxy groups), acyloxy such as acetyl or halogen-substituted acetyls, for example, chloroacetyl or fluoroacetyl, isobutyryl, pivaloyl, benzoyl and substituted benzoyl, methoxymethyl (MOM), benzyl esters or substituted benzyl esters such as 2,6-dichlorobenzyl (2,6-Cl 2 Bzl). Alternatively, the hydroxy group may be protected by binding to a solid support, optionally via a linker.
Наглядные примеры защитных групп для аминогрупп включают Fmoc (флуоренилметоксикарбонил), БОК (трет-бутилоксикарбонил), трифторацетил,аллилоксикарбонил (аллок, АОК), бензилоксикарбонил (Z, Cbz), замещенные бензилоксикарбонилы, такие как 2-хлорбензилоксикарбонил (2-CIZ), монометокситритил (ММТ), диметокситритил (ДМТ), фталоил и 9-(9-фенил)ксантенил (пиксил).Illustrative examples of protecting groups for amino groups include Fmoc (fluorenylmethoxycarbonyl), BOC (tert-butyloxycarbonyl), trifluoroacetyl, allyloxycarbonyl (alloc, AOC), benzyloxycarbonyl (Z, Cbz), substituted benzyloxycarbonyl, 2-chlorobenzyloxymethoxycarbonyl) (MMT), dimethoxytrityl (DMT), phthaloyl and 9- (9-phenyl) xanthenyl (pixel).
Наглядные примеры защитных групп для карбокси включают сложные аллиловые эфиры, сложные метиловые эфиры, сложные этиловые эфиры, сложные эфиры 2-цианоэтила, сложные эфиры триметилсилилэтила, сложные бензиловые эфиры (Obzl), сложные эфиры 2-адамантила (O-2-Ada), сложные циклогексиловые эфиры (ОсНех), 1,3-оксазолины, оксазолер, 1,3-оксазолидины, амиды или гидразиды.Illustrative examples of carboxy protecting groups include allyl esters, methyl esters, ethyl esters, 2-cyanoethyl esters, trimethylsilylethyl esters, benzyl esters (Obzl), 2-adamantyl esters (O-2-Ada), cyclohexyl esters (OsNech), 1,3-oxazolines, oxazolera, 1,3-oxazolidines, amides or hydrazides.
Наглядными примерами защитных групп для меркаптогрупп являются тритил (Тр), ацетамидометил (ацм), триметилацетамидометил (Тацм), 2,4,6-триметоксибензил (Tmob), трет-бутилсульфенил (StBu), 9-флуоренилметил (Fm), 3-нитро-2-пиридинсульфенил (Npys) и 4-метилбензил (Меб).Illustrative examples of protecting groups for mercapto groups are trityl (Tr), acetamidomethyl (acm), trimethylacetamidomethyl (tacm), 2,4,6-trimethoxybenzyl (Tmob), tert-butylsulfenyl (StBu), 9-fluorenylmethyl (Fm), 3-nitro -2-pyridine sulfenyl (Npys) and 4-methylbenzyl (Meb).
Кроме того, может возникнуть необходимость или желательность во введении защитной группы для любого нуклеотидного основания, включаемого в мономерный L-рибо-ЗНК, особенно в том случае, когда мономерный L-рибо-ЗНК включается в олигомер согласно настоящему изобретению. В контексте настоящего описания термин "защищенное нуклеотидное основание" означает, что рассматриваемое нуклеотидное основание несет защитную группу, выбираемую среди групп, известных специалистам в данной области (см., например, "Protocols for Oligonucleotides and Analogs", vol.20, (Sudhir Agrawal, ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ; S.L. Beaucage and R.P.Iyer, Tetrahedron, 1993, 49, 6123; S.L. Beaucage and R.P.Iyer, Tetrahedron, 1992, 48, 2223; and E. Uhlmann and A. Peyman, Chem. Rev., 90, 543.). Наглядные примеры включают бензоил, изобутирил, трет-бутил, трет-бутилоксикарбонил, 4-хлор-бензилоксикарбонил, 9-флуоренилметил, 9-флуоренилметил-оксикарбонил, 4-метоксибензоил, 4-метокситрифенилметил, необязательно замещенный триазоло, п-толуолсульфонил, необязательно замещенный сульфонил, изопропил, необязательно замещенные амидины, необязательно замещенный тритил, феноксиацетил, необязательно замещенный ацил, пиксил, тетрагидропиранил, необязательно замещенные силиловые эфиры и 4-метоксибензилоксикарбонил. В литературе раскрыты другие соответствующие примеры (Chapter 1 in "Protocols for oligonucleotide conjugates", Methods in Molecular Biology, vol.26, (Sudhir Agrawal, ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ. and S.L. Beaucage and R.P.Iyer, Tetrahedron, 1992, 48, 2223).In addition, it may be necessary or desirable to introduce a protective group for any nucleotide base included in the monomeric L-ribo-LNA, especially when the monomeric L-ribo-LNA is included in the oligomer according to the present invention. In the context of the present description, the term “protected nucleotide base” means that the nucleotide base in question carries a protecting group selected from groups known to those skilled in the art (see, for example, “Protocols for Oligonucleotides and Analogs”, vol. 20, (Sudhir Agrawal , ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ; SL Beaucage and RPIyer, Tetrahedron, 1993, 49, 6123; SL Beaucage and RPIyer, Tetrahedron, 1992, 48, 2223; and E. Uhlmann and A. Peyman Chem. Rev. 90, 543.). Illustrative examples include benzoyl, isobutyryl, tert-butyl, tert-butyloxycarbonyl, 4-chlorobenzyloxycarbonyl, 9-fluorenylmethyl, 9-fluorenylmethyl-hydroxycarbonyl, 4-methoxybenzoyl, 4-methoxytriphenylmethyl, optionally substituted triazolo, p-toluenesol , isopropyl, optionally substituted amidines, optionally substituted trityl, phenoxyacetyl, optionally substituted acyl, pixel, tetrahydropyranyl, optionally substituted silyl ethers and 4-methoxybenzyloxycarbonyl. Other relevant examples are disclosed in the literature (Chapter 1 in "Protocols for oligonucleotide conjugates", Methods in Molecular Biology, vol. 26, (Sudhir Agrawal, ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ. And SL Beaucage and RPIyer, Tetrahedron, 1992, 48, 2223).
В предпочтительном варианте реализации изобретения группу В для мономерного L-рибо-ЗНК предпочтительно выбирают из нуклеотидных оснований и защищенных нуклеотидных оснований.In a preferred embodiment of the invention, group B for monomeric L-ribo-ZNA is preferably selected from nucleotide bases and protected nucleotide bases.
В одном варианте реализации настоящего изобретения в мономерном L-рибо-ЗНК согласно настоящему изобретению один из Q и Q*, предпочтительно Q*, обозначает группу, выбираемую из Act-O-, Act-S-, Act-N(RH)-, Act-O-CH2-, Act-S-CH2-, Act-N(RH)-CH2-, а другой из Q и Q*, предпочтительно Q, обозначает группу, выбираемую из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, Prot-O-, меркапто, Prot-S-, C1-6-алкилтио, амино, Prot-N(RH)-, моно- или ди (С1-6-алкил)амино, необязательно замещенного С1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6алкила, необязательно замещенного С1-6-алкенила, необязательно замещенного С1-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила, необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, монофосфата, дифосфата, трифосфата, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп, лигандов, карбокси, сульфоно, гидроксиметила, Prot-O-CH2-, аминометила, Prot-N(RH)-CH2-, карбоксиметила, сульфонометила, и RH выбирают из водорода и С1-6-алкила.In one embodiment of the present invention, in the monomeric L-ribo-LNA of the present invention, one of Q and Q *, preferably Q *, is a group selected from Act-O-, Act-S-, Act-N (R H ) - , Act-O-CH 2 -, Act-S-CH 2 -, Act-N (R H ) -CH 2 -, and the other of Q and Q * , preferably Q, represents a group selected from hydrogen, azido, halogen , cyano, nitro, hydroxy, Prot-O-, mercapto, Prot-S-, C 1-6 -alkylthio, amino, Prot-N (R H ) -, mono- or di (C 1-6 -alkyl) amino optionally substituted C 1-6 -alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 1-6 -alkenyl, optionally substituted C 1-6 -alkeniloksi optionally substituted C 2-6 -alkynyl, optionally substituted C 2-6 -alkiniloksi, monophosphate, diphosphate, triphosphate, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, ligands , carboxy, sulfono, hydroxymethyl, Prot-O-CH 2 -, aminomethyl, Prot-N (R H ) -CH 2 -, carboxymethyl, sulfonomethyl, and R H are selected from hydrogen and C 1-6 alkyl.
В описанном выше варианте группа Prot обозначает защитную группу для -ОН, -SH и -N(RH), соответственно. Такие защитные группы выбирают из тех же групп, что были указаны выше относительно защитных групп для гидрокси, защитных групп для меркапто и защитных групп для амино, соответственно, принимая, однако во внимание необходимость стабильной и обратимой защитной группы. Однако, предпочтительно, чтобы любая защитная группа для -ОН была выбрана из необязательно замещенного тритила, такого как диметокситритил (ДМТ), монометокситритил (ММТ) и тритил, а также 9-(9-фенил)ксантенила (пиксила), необязательно замещенного, тетрагидропиранила (тгп) (другие приемлемые защитные группы для гидрокси при фосфорамидитном синтезе олигонуклеотидов описаны в литературе: Agrawal, ed. "Protocols for Oligonucleotide Conjugates"; Methods in Molecular Biology, vol.26, Humana Press, Totowa, NJ (1994) and Protocols for Oligonucleotides and Analogs, vol.20, (Sudhir Agrawal, ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ), или чтобы они были защищены в виде ацеталя; а также чтобы любая защитная группа для -SH была выбрана из тритила, такого как диметокситритил (ДМТ), монометокситритил (ММТ), и тритил, а также 9-(9-фенил)ксантенила (пиксила), необязательно замещенного, тетрагидропиранила (тгп) (другие приемлемые защитные группы для меркапто при фосфорамидитном синтезе олигонуклеотидов также описаны в литературе (Agrawal, см. выше)); и чтобы любая защитная группа для -NH(RH) выбиралась из тритила, такого как диметокситритил (ДМТ), монометокситритил (ММТ) и тритил, а также 9-(9-фенил)ксантенила (пиксила), необязательно замещенного, тетрагидропиранила (тгп) (другие приемлемые защитные группы для аминогруппы при фосфорамидитном синтезе олигонуклеотидов описаны также в работе Агравала (Agrawal, см. выше)).In the above embodiment, the Prot group is a protecting group for —OH, —SH and —N (R H ), respectively. Such protecting groups are selected from the same groups as indicated above with respect to protecting groups for hydroxy, protecting groups for mercapto and protecting groups for amino, respectively, however, taking into account the need for a stable and reversible protecting group. However, it is preferred that any protecting group for —OH be selected from optionally substituted trityl such as dimethoxytrityl (DMT), monomethoxytrityl (MMT) and trityl, as well as 9- (9-phenyl) xanthenyl (pixel), optionally substituted, tetrahydropyranyl (tgp) (other suitable hydroxy protecting groups for phosphoramidite oligonucleotide synthesis are described in the literature: Agrawal, ed. "Protocols for Oligonucleotide Conjugates"; Methods in Molecular Biology, vol. 26, Humana Press, Totowa, NJ (1994) and Protocols for Oligonucleotides and Analogs, vol. 20, (Sudhir Agrawal, ed.), Humana Press, 1993, Totowa, NJ), or to be protected an acetal; and also that any protecting group for —SH be selected from trityl such as dimethoxytrityl (DMT), monomethoxytrityl (MMT), and trityl, as well as 9- (9-phenyl) xanthenyl (pixel) optionally substituted, tetrahydropyranyl (thp) (other suitable protecting groups for mercapto in phosphoramidite synthesis of oligonucleotides are also described in the literature (Agrawal, see above)); and that any protecting group for —NH (R H ) is selected from trityl, such as dimethoxytrityl (DMT), monomethoxytrityl (MMT) and trityl, as well as 9- (9-phenyl) xanthenyl (pixel), optionally substituted, tetrahydropyranyl (mpr) ) (other suitable protecting groups for the amino group in the phosphoramidite synthesis of oligonucleotides are also described in Agrawal (see above)).
В указанном выше варианте реализации изобретения, а также в случае любого мономерного L-рибо-ЗНК, определенного в настоящем описании, Act обозначает активирующую группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно. Такие активирующие группы выбираются, например, из необязательно замещенного O-фосфорамидита, необязательно замещенного O-фосфортриэфира, необязательно замещенного O-фосфордиэфира, необязательно замещенного Н-фосфоната и необязательно замещенного O-фосфоната.In the aforementioned embodiment of the invention, as well as in the case of any monomeric L-ribo-LNA defined in the present description, Act denotes an activating group for —OH, —SH and —NH (R H ), respectively. Such activating groups are selected, for example, from optionally substituted O-phosphoramidite, optionally substituted O-phosphoroester, optionally substituted O-phosphodiester, optionally substituted H-phosphonate and optionally substituted O-phosphonate.
В контексте настоящего описания термин "фосфорамидит" означает группу формулы -Р(ORx) -N(RУ)2, где Rx обозначает необязательно замещенную алкильную группу, например метил, 2-цианоэтил или бензил, и каждый Ry обозначает необязательно замещенные алкильные группы, например, этил или изопропил, или группа -N(Ry)2, образует морфолиногруппу (-N(CH2CH2)2О). Rх предпочтительно обозначает 2-цианоэтил и два RУ предпочтительно идентичны и обозначают изопропил. Таким образом, особенно подходящим фосфорамидитом является N,N-диизопропил-O-(2-цианоэтил)фосфорамидит.As used herein, the term “phosphoramidite” means a group of the formula —P (OR x ) —N (R Y ) 2 , where R x is an optionally substituted alkyl group, for example methyl, 2-cyanoethyl or benzyl, and each R y is optionally substituted alkyl groups, for example ethyl or isopropyl, or the group —N (R y ) 2 forms a morpholino group (—N (CH 2 CH 2 ) 2 O). R x is preferably 2-cyanoethyl and two R Y are preferably identical and are isopropyl. Thus, a particularly suitable phosphoramidite is N, N-diisopropyl-O- (2-cyanoethyl) phosphoramidite.
Следует понимать, что используемые в настоящем изобретении защитные группы для одного мономерного L-рибо-ЗНК или нескольких мономерных L-рибо-ЗНК могут выбираться таким образом, что когда указанный/указанные L-рибо-ЗНК включаются в олигомер согласно настоящему изобретению, можно проводить либо одновременное удаление защитных групп, либо последовательное удаление защитных групп от функциональных групп. Последняя ситуация открывает возможность региоселективного введения одной или нескольких "активных/функциональных" групп, таких как интеркаляторы ДНК, фотохимически активные группы, термохимически активные группы, хелатирующие группы, репортерные группы и лиганды, причем такие группы могут быть присоединены через спейсер, определенный выше.It should be understood that the protecting groups used in the present invention for one monomeric L-ribo-LNA or several monomeric L-ribo-LNAs can be selected so that when said / indicated L-ribo-LNAs are included in the oligomer according to the present invention, either the simultaneous removal of protective groups, or the sequential removal of protective groups from functional groups. The latter situation opens up the possibility of regioselective administration of one or more “active / functional” groups, such as DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands, and such groups can be attached via a spacer as defined above.
В предпочтительном варианте реализации изобретения Q выбирают из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, Prot-O-, меркапто, Prot-S-, С1-6-алкилтио, амино, Prot-N(RH)-, моно- или ди (C1-6-алкил) амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, необязательно замещенного C2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила, необязательно замещенного C2-6-алкинилокси, монофосфата, дифосфата, трифосфата, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп, лигандов, карбокси, сульфоно, гидроксиметила, Prot-O-CH2-, аминометила, Prot-N(RH)-СН2-, карбоксиметила, сульфонометила, где Prot обозначает защитную группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно, и RH выбирают из водорода и С1-6-алкила; и Q* выбирают из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, Act-O-, меркапто, Act-S-, C1-6-алкилтио, амино, Act-N(RH)-, моно- или ди(С1-6-алкил)амино, необязательно замещенного С1-6-алкокси, необязательно замещенного C1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, необязательно замещенного С2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила, необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп, лигандов, карбокси, сульфоно, где Act обозначает активирующую группу для -ОН, -SH и -NH(RH), соответственно, и RH выбирают из водорода и C2-6-алкила.In a preferred embodiment of the invention, Q is selected from hydrogen, azido, halogen, cyano, nitro, hydroxy, Prot-O-, mercapto, Prot-S-, C 1-6 -alkylthio, amino, Prot-N (R H ) -, mono- or di (C 1-6 alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 alkynyl, optionally substituted C 2-6 alkynyloxy, monophosphate, diphosphate, triphosphate, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, ligands, carboxy, sulfono, hydroxymethyl, Prot-O-CH 2 -, aminomethyl, Prot-N (R H ) -CH 2 -, carboxymethyl, sulfonomethyl, where Prot denotes a protective group for - OH, —SH and —NH (R H ), respectively, and R H are selected from hydrogen and C 1-6 alkyl; and Q * are selected from hydrogen, azido, halogen, cyano, nitro, hydroxy, Act-O-, mercapto, Act-S-, C 1-6 -alkylthio, amino, Act-N (R H ) -, mono- or di (C 1-6 alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 -alkynyl, optionally substituted C 2-6 -alkiniloksi, DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, ligands, carboxy, sulphono, rD Act represents an activating group for -OH, -SH and -NH (R H), respectively, and R H is selected from hydrogen and C 2-6 -alkyl.
Мономерные L-рибо-ЗНК общей формулы II могут, как и L-рибо-ЗНК, входящие в состав олигомеров, иметь различные стереоизомеры. Так, стереохимические варианты, описанные выше для L-рибо-ЗНК, включаемых в олигомеры, равноприемлемы для случая мономерных L-рибо-ЗНК (однако, следует отметить, что Р должен быть затем замещен на Q).Monomeric L-ribo-ZNAs of the general formula II can, like the L-ribo-ZNAs included in the oligomers, have various stereoisomers. Thus, the stereochemical variants described above for L-ribo-LNAs included in oligomers are equally acceptable for the case of monomeric L-ribo-LNAs (however, it should be noted that P must then be replaced by Q).
В предпочтительном варианте реализации изобретения мономерный ЗНК имеет общую формулу IIa:In a preferred embodiment, monomeric ZNA has the general formula IIa:
где заместители определены выше.where the substituents are defined above.
Кроме того, в том, что касается определения заместителей, бирадикалов, R* и др., они включают те же самые предпочтительные варианты, что были выше определены для олигомера согласно настоящему изобретению, они также применимы в случае мономерных L-рибо-ЗНК.In addition, with regard to the determination of substituents, biradicals, R * and others, they include the same preferred options as were defined above for the oligomer according to the present invention, they are also applicable in the case of monomeric L-ribo-ZNAs.
В особенно интересном варианте в мономерных L-рибо-ЗНК согласно настоящему изобретению В обозначает нуклеотидное основание, предпочтительно нуклеотидное основание, выбираемое из тимина, цитозина, урацила, аденина и гуанина (в особенности, из аденина и гуанина), Х обозначает -О-, R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -(СН2)0-1-O-(CH2)1-3-, -(СН2)0-1-S-(СН2)1-3- и -(CH2)0-1-N(RN)-(СН2)1-3-, в особенности -О-СН2-, -S-СН2- и -RN-СН2-, где RN выбирают из водорода и C1-4-алкила, Q обозначает Prot-O-, Q* обозначает Act-OH, a R1*, R2, R3*, R5 и R5*, каждый, обозначает водород. В указанном варианте реализации изобретения RN может быть также выбран из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов.In a particularly interesting embodiment, in the monomeric L-ribo-LNAs of the present invention, B is a nucleotide base, preferably a nucleotide base selected from thymine, cytosine, uracil, adenine and guanine (especially from adenine and guanine), X is —O—, R 2 * and R 4 * together denote a biradical selected from - (CH 2 ) 0-1 -O- (CH 2 ) 1-3 -, - (CH 2 ) 0-1 -S- (CH 2 ) 1- 3 - and - (CH 2 ) 0-1 -N (R N ) - (CH 2 ) 1-3 -, in particular -O-CH 2 -, -S-CH 2 - and -R N -CH 2 - where R N is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl, Q is Prot-O-, Q * is Act-OH, and R 1 * , R 2 , R 3 *, R 5 and R 5 * , each denotes water b. In this embodiment, R N may also be selected from DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands.
В еще более интересном варианте реализации в мономерных L-рибо-ЗНК согласно настоящему изобретению В обозначает нуклеотидное основание, предпочтительно нуклеотидное основание, выбираемое из тимина, цитозина, урацила, аденина и гуанина (в особенности, из аденина и гуанина), Х обозначает -О-, R2* и R4* вместе обозначают бирадикал, выбираемый из -(СН2)0-1-O-(СН2)1-3-, -(CH2)0-1-S-(CH2)1-3- и -(СН2)0-1-N(RN)-(СН2)1-3-, в особенности -O-СН2-, -S-CH2- и -RN-CH2-, где RN выбирают из водорода и С1-4-алкила, Q выбирают из гидрокси, меркапто, C1-6-алкилтио, амино, моно- или ди(C1-6-алкил)амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного С2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, монофосфата, дифосфата и трифосфата, Q* выбирают из водорода, азидо, галогена, циано, нитро, гидрокси, меркапто, С1-6-алкилтио, амино, моно- или ди(С1-6-алкил)амино, необязательно замещенного C1-6-алкокси, необязательно замещенного С1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила, необязательно замещенного С2-6-алкенилокси, необязательно замещенного С2-6-алкинила и необязательно замещенного С2-6-алкинилокси, R3* выбирают из водорода, необязательно замещенного C1-6-алкила, необязательно замещенного С2-6-алкенила и необязательно замещенного С2-6-алкинила, и R1*, R2, R5 и R5*, каждый, обозначает водород. В контексте настоящего описания RN может быть также выбран из интеркаляторов ДНК, фотохимически активных групп, термохимически активных групп, хелатирующих групп, репортерных групп и лигандов.In an even more interesting embodiment, in the monomeric L-ribo-LNAs of the present invention, B is a nucleotide base, preferably a nucleotide base selected from thymine, cytosine, uracil, adenine and guanine (especially adenine and guanine), X is —O -, R 2 * and R 4 * together denote a biradical selected from - (CH 2 ) 0-1 -O- (CH 2 ) 1-3 -, - (CH 2 ) 0-1 -S- (CH 2 ) 1-3 - and - (CH 2 ) 0-1 -N (R N ) - (CH 2 ) 1-3 -, in particular -O-CH 2 -, -S-CH 2 - and -R N -CH 2 -, where R N is selected from hydrogen and C 1-4 alkyl, Q is selected from hydroxy, mercapto, C 1-6 alkylthio, amino, mono or di (C 1-6 -alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 alkynyloxy, monophosphate, diphosphate and triphosphate, Q * is selected from hydrogen, azido, halogen, cyano, nitro, hydroxy, mercapto, C 1-6 alkylthio, amino, mono or di (C 1-6 alkyl) amino, optionally substituted C 1-6 alkoxy, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl, optionally substituted C 2-6 alkenyloxy, optionally substituted C 2-6 alkynyl and optionally substituted C 2-6 alk inyloxy, R 3 * is selected from hydrogen, optionally substituted C 1-6 alkyl, optionally substituted C 2-6 alkenyl and optionally substituted C 2-6 alkynyl, and R 1 * , R 2 , R 5 and R 5 * each denotes hydrogen. In the context of the present description, R N can also be selected from DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups and ligands.
Один объект настоящего изобретения относится к различным производным L-рибо-ЗНК для включения в олигомер в твердой фазе и/или в фазе раствора. Наглядными примерами мономеров, пригодных для включения (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(цитозин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(урацил-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(гуанин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана и (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(аденин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана с использованием фосфорамидитного подхода, фосфортриэфирного подхода и Н-фосфонатного подхода являются, соответственно, (1R,3R,4S,7R)-7-(2-цианоэтокси(диизопропиламино)фосфинокси)-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан-7-O-(2-хлорфенилфосфат) и (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан-7-O-(Н-фосфонат) и их 3-(цитозин-1-ил), 3-(урацил-1-ил), 3-(аденин-1-ил) и 3-(гуанин-1-ил) аналоги, соответственно. Кроме того, аналоги, в которых метиленокси бирадикал мономеров замещен на метилентио, метиленамино или 1,2-этиленовый бирадикал, скорее всего, также будут представлять собой особенно интересные варианты реализации настоящего изобретения. Предполагается, что аналоги метилентио и метиленамино будут применимы в той же степени, что и аналог метиленокси, и в этой связи специфическими реагентами, нужными для включения указанных(1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(цитозин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана,(1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(урацил-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(гуанин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана и (1R,3R,4S,7R)-7-гидрокси-1-гидроксиметил-3-(аденин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептана, также должны рассматриваться как особенно интересные реакционноспособные мономеры согласно настоящему изобретению. Относительно метиленаминовых аналогов следует отметить, что вторичный амин может нести заместитель, выбираемый из необязательно замещенного С1-6-алкила, такого как метил и бензил, необязательно замещенного C1-6-алкилкарбонила, такого как трифторацетил, необязательно замещенного арилкарбонила и необязательно замещенного гетероарилкарбонила.One object of the present invention relates to various derivatives of L-ribo-ZNA for inclusion in the oligomer in the solid phase and / or in the phase of the solution. Illustrative examples of monomers suitable for incorporating (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (cytosin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy -1-hydroxymethyl-3- (uracil-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (guanine- 1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane and (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (adenin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane using the phosphoramidite approach, the phosphate ester approach and the H-phosphonate approach are, with responsible, (1R, 3R, 4S, 7R) -7- (2-cyanoethoxy (diisopropylamino) phosphinoxy) -1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2. 1] heptan-7-O- (2-chlorophenylphosphate) and (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -3- (thymin-1-yl) -2 , 5-dioxabicyclo [2.2.1] heptan-7-O- (N-phosphonate) and their 3- (cytosin-1-yl), 3- (uracil-1-yl), 3- (adenin-1-yl ) and 3- (guanin-1-yl) analogues, respectively. In addition, analogues in which methyleneoxy diradical monomers are substituted with methylentio, methyleneamino or 1,2-ethylene diradical will most likely also be particularly interesting embodiments of the present invention. It is assumed that the analogues of methylentio and methyleneamino will be applicable to the same extent as the analog of methyleneoxy, and in this regard, the specific reagents needed to include the indicated (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (cytosin-1-yl) -2, 5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (uracil-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane, (1R, 3R, 4S, 7R) -7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (guanin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane and (1R, 3R, 4S, 7R) - 7-hydroxy-1-hydroxymethyl-3- (adenin-1-yl) -2,5-wild sabicyclo [2.2.1] heptane should also be considered as particularly interesting reactive monomers according to the present invention. Regarding methyleneamine analogs, it should be noted that the secondary amine may carry a substituent selected from optionally substituted C 1-6 alkyl, such as methyl and benzyl, optionally substituted C 1-6 alkylcarbonyl, such as trifluoroacetyl, optionally substituted arylcarbonyl and optionally substituted heteroarylcarbonyl .
Также в качестве отдельного аспекта настоящего изобретения интересным представляется вариант формулы II или IIa, где В представляет собой «β-конфигурацию».Also, as a separate aspect of the present invention, an embodiment of formula II or IIa is interesting, wherein B is a “β-configuration”.
Получение мономеровPreparation of Monomers
В предпочтительном варианте реализации изобретения α-L-рибо-ЗНК, содержащий 2'-О,4'-С-метиленовый мостик, синтезируют с использованием следующей процедуры: бензоилирование 4-С-гидроксиметил-α-D-ксилофуранозы 1 (T.F.Tam and B.Fraser-Ried, Can.J. Chem., 1979, 57, 2818) дает ди-O-бензоильное производное 2, которое затем превращают в 1,2-ди-О-ацетилированную фуранозу 3 при ацетолизе с использованием 80% уксусной кислоты с последующим ацетилированием. С помощью модифицированной методики Форбрюггена (H.Vorbrüggen, K.Krolikiewicz and B.Bennua, Chem. Ber., 1981, 114, 1234; H.Vorbrüggen and G.Höfle, Chem. Ber., 1981, 114, 1256) тиминовый нуклеозид в β-конфигурации 4 получают в стереоселективном режиме при силилировании in situ тимина и связывании с участием триметилсилилтрифлата. Обработка соединения 4 метоксидом натрия приводит к дезацетилированию с образованием нуклеозидного триола 5. Защита с помощью 4,4'-диметокситритила с последующим тозилированием дают 5'-O-4,4'-диметокситритил-защищенное нуклеозидное производное 7. Закрытие кольца, индуцированное основанием, дает бициклическое нуклеозидное производное 6. Дебензилирование приводит к получению бициклического нуклеозидного аналога 9, который трансформируют в фосфорамидитное производное 10 для олигонуклеотидного синтеза. Методика связывания, применяемая в этом примере, представляет собой только один из нескольких возможных подходов, что очевидно для специалистов в данной области.In a preferred embodiment, an α-L-ribo-ZNA containing a 2′-O, 4′-C-methylene bridge is synthesized using the following procedure: benzoylation of 4-C-hydroxymethyl-α-D-xylofuranose 1 (TFTam and B. Fraser-Ried, Can.J. Chem., 1979, 57, 2818) gives the di-O-benzoyl derivative 2, which is then converted to 1,2-di-O-acetylated furanose 3 by acetolysis using 80% acetic acid acid followed by acetylation. Using a modified Forbruggen technique (H. Vorbrüggen, K. Krolikiewicz and B. Bennua, Chem. Ber., 1981, 114, 1234; H. Vorbrüggen and G. Höfle, Chem. Ber., 1981, 114, 1256) thymine nucleoside in the β-configuration 4 are obtained in stereoselective mode by in situ silylation of thymine and binding with the participation of trimethylsilyl triflate. Treatment of compound 4 with sodium methoxide leads to deacetylation with the formation of a
В качестве альтернативного пути синтеза может быть использована процедура, показанная на фиг.3 (примеры 12-14). В соответствии с ней проводят тримезилирование нуклеозида 5 с получением нуклеозида 11, который затем может быть циклизован с помощью NaOH/EtOH/H2O. В условиях проводимого эксперимента наблюдается сопутствующее превращение остающейся мезилокси группы в гидроксильную группу с образованием нуклеозида 12. Стандартная ДМТ-защита, приведенная в примере 14, должна привести к образованию нуклеозида 8, подходящего промежуточного соединения для синтеза фосфорамидитного производного α-L-рибо-ЗНК нуклеозида 10 (фиг.2).As an alternative synthesis route, the procedure shown in FIG. 3 (Examples 12-14) can be used. In accordance with it,
Описанные ниже примеры даны для иллюстрации процедур и примеров настоящего изобретения. Структуры синтезированных соединений были подтверждены с использованием 1D ЯМР.The following examples are given to illustrate the procedures and examples of the present invention. The structures of the synthesized compounds were confirmed using 1D NMR.
Методы, изображенные на схемах 1, 2 и 3, могут быть аналогично использованы для синтеза α-L-рибо-ЗНК нуклеозидных производных других пиримидиновых оснований, отличных от тимина, например, урацила, цитозина, 5-замещенного урацила, 5-замещенного цитозина, а также иным образом замещенных пиримидинов. Альтернативно, производные урацила могут быть превращены в соответствующие производные цитозина и производные тимина могут быть превращены в соответствующие производные 5-метилцитозина с использованием известных методов (Koshkin, A.A., Singh, S.K., Nielsen, P., Rajwanshi, V.K., Kumar, R., Meldgaard, M., Oisen, C.E., Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607; Obika, S., Nanbu, D., Hari, Y., Andoh, J., Morio, K., Doi, Т., Imanishi, T. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 5401).The methods depicted in Schemes 1, 2, and 3 can similarly be used to synthesize α-L-ribo-ZNA nucleoside derivatives of other pyrimidine bases other than thymine, for example, uracil, cytosine, 5-substituted uracil, 5-substituted cytosine, as well as otherwise substituted pyrimidines. Alternatively, uracil derivatives can be converted to the corresponding cytosine derivatives and thymine derivatives can be converted to the corresponding 5-methylcytosine derivatives using known methods (Koshkin, AA, Singh, SK, Nielsen, P., Rajwanshi, VK, Kumar, R., Meldgaard, M., Oisen, CE, Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607; Obika, S., Nanbu, D., Hari, Y., Andoh, J., Morio, K., Doi, T., Imanishi, T. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 5401).
Для синтеза α-L-рибо-ЗНК нуклеозидных производных пурина может быть применено множество подходящих приемов синтеза. Следует отметить, что термин «α-сторона» в применяемом ниже контексте относится к α-стороне природных нуклеозидных мономеров РНК, и термин «β-сторона» в применяемом ниже контексте относится к β-стороне природных нуклеозидных мономеров РНК, и термины «β-пуриновый нуклеозид» и β-пиримидиновый нуклеозид» означают, что указанные нуклеотидные основания расположены, как и в природных нуклеозидных мономерах РНК. В качестве примера возможных путей синтеза α-L-рибо-ЗНК нуклеозидных производных пурина можно указать на процедуру, включающую циклизацию аналогов в арабино-конфигурации (2'-ОН группа расположена на β-стороне фуранозного кольца). Указанные нуклеозиды могут быть получены из соответствующих исходных нуклеозидов в арабино-конфигурации через 5'-окисление, альдольную конденсацию и восстановление.For the synthesis of α-L-ribo-LNA nucleoside derivatives of purine, many suitable synthesis techniques can be used. It should be noted that the term “α-side” in the context used below refers to the α-side of natural nucleoside RNA monomers, and the term “β-side” in the context used below refers to the β-side of natural RNA nucleoside monomers, and the terms “β- purine nucleoside "and β-pyrimidine nucleoside" mean that these nucleotide bases are located, as in the natural nucleoside monomers of RNA. As an example of possible routes for the synthesis of α-L-ribo-ZNA nucleoside derivatives of purine, one can point to a procedure involving cyclization of analogs in the arabino configuration (2'-OH group is located on the β-side of the furanose ring). These nucleosides can be obtained from the corresponding starting nucleosides in the arabino configuration via 5'-oxidation, aldol condensation and reduction.
Для целей указанной выше желательной циклизации должны быть подготовлены условия для осуществления манипуляций, связанных с введением защитной группы и активацией 5'-ОН группы (расположенной на β-стороне фуранозного кольца). Альтернативно, в образовании нуклеозида с обратной конфигурацией 2'-атома углерода должна внести свой вклад процедура 2'-окисления 2'-OH-группы в 4'-С-гидроксиметильных производных β-пуриновых рибофуранозильных нуклеозидов (при расположении в них 2'-ОН и 3'-ОН групп на α-стороне фуранозного кольца и с 3'-ОН, расположенной на β-стороне фуранозного кольца (или альтернативно, на α-стороне фуранозного кольца) и при сопутствующей инверсии при С3') с последующим селективным восстановлением (с использованием, например, NaBH4). Затем для проведения указанной выше желательной циклизации должны быть подготовлены условия для осуществления манипуляций, связанных с введением защитной группы и активацией 5'-ОН группы (расположенной на β-стороне фуранозного кольца). Могут быть полезны и другие процедуры для проведения инверсии конфигурации 2'-атома углерода в 4'-С-гидроксиметильных производных β-пуриновых рибофуранозильных нуклеозидов (при расположении в них 2'-ОН и 3'-ОН групп на α-стороне фуранозного кольца и с 3'-ОН группой, расположенной на β-стороне фуранозного кольца, или альтернативно, на α-стороне, при осуществлении сопутствующей инверсии при С3' фуранозного кольца), например реакция Мицунобу или реакции нуклеофильного замещения 2'-O-активированных производных (например, 2'-O-мезильных, 2'-O-тозильных или 2'-O-трифторметансульфонильных производных) на O-нуклеофилы типа ацетата, бензоата, алкоксида или др. Последующее удаление защитной группы с получением 5'-гидрокси-4'-С-гидроксиметильного производного, активация с целью подготовки к циклизации (например, путем моно- или димезилирования, моно- или дитозилирования или моно- или дитрифторметансульфонирования), циклизация (после удаления, в случае необходимости, защитной группы от 2'-ОН группы) и удаление защитных групп приводят к получению желательных α-L-рибо нуклеозидов. Следует отметить, что защиту пуриновых нуклеозидов следует проводить предпочтительно в целевых мономерах и что указанная процедура может быть осуществлена в ходе выбранного пути синтеза или, в виде финальной стадии процесса, посредством триметилсилилирования для защиты аминогруппы пуриновых оснований и десилилирования. Исходные 4'-С-гидроксиметильные производные β-пуриновых нуклеозидов могут быть получены, в рамках одного варианта реализации изобретения, при связывании фуранозного производного 3 (фиг.1) с защищенными соответствующим образом производными аденина или гуанина в соответствии с известными методиками связывания по Форбрюггену (Vorbrüggen type) (см., например, синтез нуклеозида 4, фиг.1) (Koshkin, A.A., Singh, S.K., Nielsen, Р., Rajwanshi, V.K., Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, C.E., Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607).For the purposes of the above desired cyclization, conditions must be prepared for the manipulations associated with the introduction of the protective group and the activation of the 5'-OH group (located on the β-side of the furanose ring). Alternatively, the procedure of 2'-oxidation of the 2'-OH group to 4'-C-hydroxymethyl derivatives of β-purine ribofuranosyl nucleosides (with the location of 2'-OH in them and 3'-OH groups on the α-side of the furanose ring and with 3'-OH located on the β-side of the furanose ring (or alternatively, on the α-side of the furanose ring) and with concomitant inversion at C3 '), followed by selective reduction ( using, for example, NaBH 4 ). Then, to carry out the above desired cyclization, conditions should be prepared for the manipulations associated with the introduction of the protective group and activation of the 5'-OH group (located on the β-side of the furanose ring). Other procedures may be useful for inverting the configuration of the 2'-carbon atom in 4'-C-hydroxymethyl derivatives of β-purine ribofuranosyl nucleosides (when 2'-OH and 3'-OH groups are located on the α-side of the furanose ring and with a 3'-OH group located on the β-side of the furanose ring, or alternatively, on the α-side, when performing a converse inversion at the C3 'furanose ring), for example, the Mitsunobu reaction or nucleophilic substitution reactions of 2'-O-activated derivatives (e.g. , 2'-O-mesyl, 2'-O-tosyl and whether 2'-O-trifluoromethanesulfonyl derivatives) to O-nucleophiles such as acetate, benzoate, alkoxide, etc. Subsequent removal of the protective group to obtain the 5'-hydroxy-4'-C-hydroxymethyl derivative, activation in order to prepare for cyclization (for example, by mono- or dimesylation, mono- or ditosylation or mono- or dithrifluoromethanesulfonation), cyclization (after removal, if necessary, of the protective group from the 2'-OH group) and removal of the protective groups lead to the desired α-L-ribo nucleosides. It should be noted that the protection of purine nucleosides should preferably be carried out in the target monomers and that this procedure can be carried out during the selected synthesis route or, as a final step of the process, by trimethylsilylation to protect the amino group of purine bases and desilylation. The original 4'-C-hydroxymethyl derivatives of β-purine nucleosides can be obtained, within one embodiment of the invention, by coupling the furanose derivative 3 (FIG. 1) with suitably protected adenine or guanine derivatives in accordance with known Forbruggen binding methods ( Vorbrüggen type) (see, for example, nucleoside 4 synthesis, FIG. 1) (Koshkin, AA, Singh, SK, Nielsen, P., Rajwanshi, VK, Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, CE, Wengel , J. Tetrahedron 1998, 54, 3607).
Можно полагать, что инверсия указанной выше конфигурации может быть проведена на основе природных β-пуриновых рибофуранозильных нуклеозидов (при расположении в них 2'-ОН группы на α-стороне фуранозного кольца и 3'-ОН группы на β-стороне фуранозного кольца, или, альтернативно, на α-стороне, при осуществлении сопутствующей инверсии при С3' фуранозного кольца) при введении дополнительной 4'-С-гидроксиметильной группы с проведением далее известных процедур, в частности, указанных выше. Можно ожидать, что либо реакции энзиматического или химического трансгликозилирования, проводимые на основе соответствующих производных защищенных пиримидиновых нуклеозидов, либо β-пиримидиновые фуранозильные нуклеозиды в арабино-конфигурации, либо 4'-С-гидроксиметил-β-пиримидиновые фуранозильные нуклеозиды в арабино-конфигурации, либо уже циклизованные α-L-рибо-ЗНК пиримидиновые нуклеозиды относятся к возможным путям синтеза α-L-рибо-ЗНК производных пуриновых нуклеозидов. Альтернативно, начиная от фуранозы или гексозы, проводят 4-С-гидроксиметилирование, инверсию конфигурации при 2-атоме углерода и циклизацию, или одну из этих процедур, или две из этих процедур (что именно нужно, зависит от исходного материала). Затем, перед циклизацией или после нее, для получения нуклеозидных производных, применяемых в синтезе α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых или пуриновых нуклеозидов, после необходимых манипуляций по защите и/или активации ОН-группы, проводят связывание с различными основаниями (пуринами или пиримидинами, при необходимости, защищенными). В качестве еще одной процедуры, которая может применяться для синтеза α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых или пуриновых нуклеозидов, можно указать на возможность непосредственного образования желательных нуклеотидных оснований, осуществляемого в две или более химических стадий) из соответствующего фуранозильного производного, например фуранозиламина.It can be assumed that the inversion of the above configuration can be carried out on the basis of natural β-purine ribofuranosyl nucleosides (when the 2'-OH group is located on the α-side of the furanose ring and the 3'-OH group on the β-side of the furanose ring, or, alternatively, on the α-side, with concomitant inversion at the C3 ′ furanose ring) with the introduction of an additional 4′-C-hydroxymethyl group, using further known procedures, in particular the ones mentioned above. It can be expected that either enzymatic or chemical transglycosylation reactions carried out on the basis of the corresponding derivatives of protected pyrimidine nucleosides, or β-pyrimidine furanosyl nucleosides in the arabino configuration, or 4'-C-hydroxymethyl-β-pyrimidine furanosyl nucleosides in the arabino configuration, or the already cyclized α-L-ribo-LNA pyrimidine nucleosides belong to possible routes for the synthesis of α-L-ribo-LNA derivatives of purine nucleosides. Alternatively, starting from furanose or hexose, 4-C-hydroxymethylation, configuration inversion at the 2-carbon atom and cyclization, or one of these procedures, or two of these procedures (which is necessary, depends on the starting material) are carried out. Then, before or after cyclization, in order to obtain nucleoside derivatives used in the synthesis of α-L-ribo-ZNA of pyrimidine or purine nucleosides, after necessary manipulations to protect and / or activate the OH group, binding is carried out with various bases (purines or pyrimidines , if necessary, protected). As another procedure that can be used to synthesize α-L-ribo-LNA of pyrimidine or purine nucleosides, one can indicate the possibility of the direct formation of the desired nucleotide bases, carried out in two or more chemical steps) from the corresponding furanosyl derivative, for example, furanosylamine.
В предпочтительном варианте реализации изобретения для получения мономеров пуриновых α-L-3HK, например производных аденина и гуанина, могут применяться процедуры, описанные в примерах 15, 16 и 17 (фиг.4). Так, сахар 3 может быть соединен с N-6-бензоиладенином с образованием нуклеозида 13, который подвергают селективному деацетилированию и затем превращают в 2'-O-трифторметансульфонильное производное. Сопутствующая реакция с ацетатом калия дает 2'-O-ацетильное производное 14 с инверсией при С2'. После полного деацилирования, последующего удаления защитной группы от адениновой группы, селективного мезилирования двух первичных гидроксильных групп и обработки гидроксидом натрия в смеси вода:диоксан получают α-L-SHK производное аденинового нуклеозида 15. ДМТ-защита нуклеозида 15 с проведением далее дебензилирования и 3'-O-фосфитилирования (Koshkin, A.A., Singh, S.K., Nielsen, P., Rajwanshi, V.K., Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, C.E., Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607) представляет собой один из возможных путей получения фосфорамидитного производного 16. Дебензилирование 15 с последующей селективной ДМТ-защитой первичной гидроксильной группы и 3'-O-фосфитилирование указывают на другой вариант образования фосфорамидитного производного 16.In a preferred embodiment of the invention, the procedures described in Examples 15, 16 and 17 (FIG. 4) can be used to obtain purine α-L-3HK monomers, for example derivatives of adenine and guanine. Thus, sugar 3 can be combined with N-6-benzoyladenine to form
Все методы и процедуры, описанные выше применительно к синтезу α-L-рибо-ЗНК пуриновых нуклеозидов, также приемлемы в качестве альтернативных методов синтеза α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых нуклеозидов.All methods and procedures described above with respect to the synthesis of α-L-ribo-LNA of purine nucleosides are also acceptable as alternative methods for the synthesis of α-L-ribo-LNA of pyrimidine nucleosides.
Методы, описанные выше применительно к синтезу α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых и пуриновых нуклеозидов, ведут совершенно естественно к методам, применяемым для синтеза 2'-амино- и 2'-тиопроизводных α-L-рибо-ЗНК нуклеозидов. В качестве примера можно указать на процедуру циклизации через воздействие 2'-амино- или 2'-тиогруппы, расположенной на β-стороне фуранозного кольца, на соответствующим образом активированную 5'-ОН группу, которая должна проводиться для образования 2'-амино- и 2'-тиопроизводных α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых или пуриновых нуклеозидов. Альтернативно, циклизация через воздействие 5'-амино- или 5'-тиогруппы, расположенной на Р-стороне фуранозного кольца, на соответствующим образом активированную 2'-ОН группу, расположенную на β-стороне фуранозного кольца, также ведет к образованию 2'-амино- и 2'-тиопроизводных α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых или пуриновых нуклеозидов. В качестве еще одного приемлемого метода можно указать на участие в образовании 2'-амино- и 2'-тиопроизводных α-L-ЗНК нуклеозидов процесса циклизации соответствующим образом активированных, защищенных и пространственно ориентированных производных, например, 2'-О,5'-O-димезильных, 2'-О,5'-O-дитозильных или 2'-О,5'-O-дифторметансульфонильных нуклеозидов с использованием амино- или тиосодержащих нуклеофилов (например, бензиламина и тиоацетата калия, соответственно). Аналогично, воздействие 5'-ОН-группы, расположенной на β-стороне фуранозного кольца, на соответствующим образом активированную 2'-ОН-группу, расположенную на α-стороне фуранозного кольца, должно приводить к образованию родительских α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых или пуриновых нуклеозидов.The methods described above for the synthesis of α-L-ribo-LNA of pyrimidine and purine nucleosides lead quite naturally to the methods used for the synthesis of 2'-amino and 2'-thio derivatives of α-L-ribo-LNA nucleosides. As an example, we can point to the cyclization procedure through the action of the 2'-amino or 2'-thio group located on the β-side of the furanose ring on the correspondingly activated 5'-OH group, which must be carried out to form 2'-amino and 2'-thio derivatives of α-L-ribo-ZNA pyrimidine or purine nucleosides. Alternatively, cyclization through the action of the 5'-amino or 5'-thio group located on the P-side of the furanose ring on the suitably activated 2'-OH group located on the β-side of the furanose ring also leads to the formation of 2'-amino - and 2'-thio derivatives of α-L-ribo-ZNA of pyrimidine or purine nucleosides. As another acceptable method, one can indicate the participation in the formation of 2'-amino and 2'-thio derivatives of α-L-ZNA nucleosides of the cyclization process of appropriately activated, protected and spatially oriented derivatives, for example, 2'-O, 5'- O-dimesyl, 2'-O, 5'-O-ditosyl or 2'-O, 5'-O-difluoromethanesulfonyl nucleosides using amino or thio-containing nucleophiles (e.g., benzylamine and potassium thioacetate, respectively). Similarly, the effect of the 5'-OH group located on the β-side of the furanose ring on a suitably activated 2'-OH group located on the α-side of the furanose ring should lead to the formation of the parent α-L-ribo-ZNA pyrimidine or purine nucleosides.
Ожидается, что любой метод, используемый для олигомеризации α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых нуклеозидов, будет также успешным и в случае α-L-рибо-ЗНК пуриновых нуклеозидов.It is expected that any method used to oligomerize α-L-ribo-LNA of pyrimidine nucleosides will also be successful in the case of α-L-ribo-LNA of purine nucleosides.
Альтернативно, любой известный метод из числа применяемых для автоматизированного синтеза или синтеза в фазе раствора олигонуклеотидов и аналогов, например фосфортриэфирный метод, Н-фосфонатный метод или любой вариант фосфорамидитного метода, используемый для олигомеризации α-L-рибо-ЗНК пиримидиновых нуклеозидов, будет также приемлем.Alternatively, any known method used for automated synthesis or synthesis in the solution phase of oligonucleotides and analogs, for example, the phosphate ester method, the H-phosphonate method, or any variant of the phosphoramidite method used for oligomerization of pyrimidine nucleosides α-L-ribo-ZNA, will also be acceptable .
Получение олигомеровObtaining oligomers
Линейные, разветвленные (M.GrotIi and B.S.Sproat, J.Cheni. Soc., Chem. Commun., 1995, 495; R.H.E Hudson and M.J.Damha, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 2119; M.Von Büren, G.V.Petersen, K. Rasmussen, G. Brandenburg, J.Wengel and F. Kirpekar, Tetrahedron, 1995, 51, 8491) и кольцевые (G. Prakash and E.T. Kool, J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 3523) олиго- и полинуклеотиды согласно настоящему изобретению могут быть получены с использованием методов полимеризации нуклеиновых кислот, известных специалистам в области органической химии. Могут также использоваться методы фосфорамидитной химии (S.L.Beaucage and R.P.Iyer, Tetrahedron, 1993, 49, 6123; S.L. Beaucage and R.P.Iyer. Tetrahedron, 1992, 48, 2223), а также, например, методы Н-фосфонатной химии, фосфортриэфирной химии или методы энзиматического синтеза. Стандартные условия связывания в рамках фосфорамидитного подхода были несколько изменены за счет использования гидрохлорида пиридина вместо 1H-тетразола, поскольку это более эффективный реагент для активации нуклеозидных фосфорамидитов в ходе олигонуклеотидного синтеза, что позволяет пролонгировать период связывания от 10 до 30 минут.Linear, branched (M.GrotIi and BSSproat, J. Cheni. Soc., Chem. Commun., 1995, 495; RHE Hudson and MJ Damha, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 2119; M. Von Büren, GV Petersen, K. Rasmussen, G. Brandenburg, J. Wengel and F. Kirpekar, Tetrahedron, 1995, 51, 8491) and ring (G. Prakash and ET Kool, J. Am. Chem. Soc., 1992 114, 3523) oligo and polynucleotides according to the present invention can be obtained using nucleic acid polymerization methods known to those skilled in the art of organic chemistry. Methods of phosphoramidite chemistry (SLBeaucage and RPIyer, Tetrahedron, 1993, 49, 6123; SL Beaucage and RPIyer. Tetrahedron, 1992, 48, 2223), as well as, for example, methods of H-phosphonate chemistry, phosphoric ether chemistry, or enzymatic synthesis methods. The standard binding conditions in the framework of the phosphoramidite approach were slightly changed due to the use of pyridine hydrochloride instead of 1H-tetrazole, since it is a more effective reagent for activating nucleoside phosphoramidites during oligonucleotide synthesis, which allows to prolong the binding period from 10 to 30 minutes.
После синтеза желательной последовательности, удаления защитных групп и отделения от твердой подложки (отделение от твердой подложки и удаление защитных групп проводят с использованием концентрированного аммиака в метаноле при комнатной температуре в течение 12 часов) и последующей очистки с обращением фаз с помощью коммерчески доступных разовых картриджей (которая включают детритилирование) получают готовый олигомерный продукт. Альтернативно, очистка L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов может быть осуществлена с использованием разовой системы ВЭЖХ с обращением фазы и/или путем осаждения из этанола или бутанола. Капиллярный гель-электрофорез используют для подтверждения чистоты и состава синтезированных олигонуклеотидных аналогов, однако для подтверждения чистоты и состава могут быть также использованы процедуры ВЭЖХ с обращением фазы и MALDI-MS.After synthesis of the desired sequence, removal of the protective groups and separation from the solid support (separation from the solid support and removal of the protective groups is carried out using concentrated ammonia in methanol at room temperature for 12 hours) and subsequent purification with phase reversal using commercially available disposable cartridges ( which includes detritylation) get the finished oligomeric product. Alternatively, purification of L-ribo-ZNA oligonucleotides can be carried out using a single phase reversal HPLC system and / or by precipitation from ethanol or butanol. Capillary gel electrophoresis is used to confirm the purity and composition of the synthesized oligonucleotide analogues, however, phase reversal HPLC and MALDI-MS can also be used to confirm the purity and composition.
В основном, настоящее изобретение относится к использованию L-рибо-ЗНК, определенных в настоящем описании, для целей получения L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов. Следует понимать, что L-рибо-ЗНК модифицированные нуклеотиды могут включать нормальные нуклеозиды (например, природные нуклеозиды, такие как рибонуклеозиды и/или дезоксирибонуклеозиды), а также модифицированные нуклеозиды, отличающиеся от определенных нуклеозидов общей формулы II.Basically, the present invention relates to the use of L-ribo-LNAs as defined herein for the purpose of producing L-ribo-LNA modified oligonucleotides. It should be understood that L-ribo-LNA modified nucleotides may include normal nucleosides (e.g., natural nucleosides, such as ribonucleosides and / or deoxyribonucleosides), as well as modified nucleosides that differ from certain nucleosides of the general formula II.
Кроме того, материал твердой подложки, который содержит иммобилизованные на нем необязательно защищенное нуклеотидное основание и необязательно 5'-ОН защищенный ЗНК, особенно интересен в качестве материала, пригодного для синтеза ЗНК модифицированных олигонуклеотидов, в тех вариантах, когда ЗНК мономер включается на 3'-конце. В этом случае материал твердой подложки представляет собой предпочтительно CPG, например, легко (коммерчески) доступный CPG материал, на котором 3'-функциональное, необязательно запущенное нуклеотидное основание и необязательно 5'-ОН защищенный ЗНК соединяют в условиях, указанных поставщиком для данного материала. Так, например, может использоваться подложка BioGenex Universial CPG Support (BioGenex, США). 5'-ОН защитной группой может быть, например, группа ДМТ. 3'-функциональная группа должна выбираться с учетом условий, применимых для рассматриваемого CPG материала.In addition, a solid support material that contains an optionally protected nucleotide base and optionally 5'-OH protected LNA immobilized on it is especially interesting as a material suitable for the synthesis of LNA modified oligonucleotides, in those cases when the LNA monomer is incorporated at 3'- the end. In this case, the solid support material is preferably CPG, for example, readily (commercially) available CPG material on which a 3'-functional, optionally launched nucleotide base and optionally 5'-OH protected ZNA are combined under the conditions specified by the supplier for this material. So, for example, the substrate BioGenex Universial CPG Support (BioGenex, USA) can be used. The 5'-OH protecting group may be, for example, a DMT group. The 3'-functional group should be selected taking into account the conditions applicable to the CPG material in question.
ПримененияApplications
Настоящее изобретение раскрывает удивительное открытие, в соответствии с которым производные L-рибо-ЗНК, в случае их включения в частично модифицированные олигонуклеотиды, снижают аффинность указанных модифицированных олигонуклеотидов для комплементарной ДНК и РНК в сравнении с немодифицированными олигонуклеотидами. Однако при включении в полностью L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды наблюдается резкое повышение гибридизационных свойств к комплементарным одноцепочечным ДНК и одноцепочечным РНК. α-L-рибо-ЗНК - особый вариант L-рибо-ЗНК - кроме описанных свойств, обладает способностью различать при гибридизации РНК- и ДНК-мишени. В зависимости от варианта применения, использование полностью модифицированных L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов предоставляет перспективную возможность либо существенно повысить аффинность стандартного олигонуклеотида без отрицательного воздействия на специфичность (постоянный размер олигонуклеотида), либо существенно повысить специфичность без отрицательного воздействия на аффинность (снижение размера олигонуклеотида) или провести специфичную гибридизацию с РНК-мишенью.The present invention discloses a surprising discovery in which L-ribo-ZNA derivatives, when incorporated into partially modified oligonucleotides, reduce the affinity of these modified oligonucleotides for complementary DNA and RNA in comparison with unmodified oligonucleotides. However, when completely modified oligonucleotides are incorporated into fully L-ribo-LNAs, a sharp increase in hybridization properties is observed for complementary single-stranded DNA and single-stranded RNA. α-L-ribo-ZNA is a special variant of L-ribo-ZNA - in addition to the described properties, it has the ability to distinguish between hybrid RNA and DNA targets. Depending on the application, the use of fully modified L-ribo-ZNA oligonucleotides provides a promising opportunity to either significantly increase the affinity of a standard oligonucleotide without negatively affecting specificity (constant oligonucleotide size) or significantly increase specificity without negatively affecting affinity (decreasing oligonucleotide size) or carry out specific hybridization with the target RNA.
Также считается, что L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды, кроме значительно усиленных гибридизационных способностей, демонстрируют множество полезных физико-химических свойств, присущих нормальным ДНК и РНК олигонуклеотидам. Этот перспективный перечень включает превосходную растворимость, реакцию ЗНК модифицированных олигонуклеотидов на соли, такие как хлорид натрия и хлорид тетраметиламмония, которая имитирует реакцию немодифицированных олигонуклеотидов, способность ЗНК модифицированных олигонуклеотидов действовать в качестве праймеров для множества полимераз, способность ЗНК модифицированных олигонуклеотидов действовать в качестве праймеров в целевой реакции амплификации с использованием термостабильной ДНК-полимеразы, способность ЗНК модифицированных олигонуклеотидов действовать в качестве субстрата для полинуклеотидкиназы Т4, способность биотинилированных ЗНК к специфичному по последовательности захвату ПЦР ампликонов на твердой поверхности, покрытой стрептавидином, способность иммобилизованных ЗНК модифицированных олигонуклеотидов к специфичному по последовательности захвату ампликонов и очень важная способность ЗНК модифицированных олигонуклеотидов к специфичному по последовательности доступу к двухцепочечной ДНК при инвазии цепи. В этой связи любому специалисту в данной области очевидно, что указанные новые нуклеозидные аналоги представляют собой чрезвычайно полезный инструмент для улучшения в целом технологии применения олигонуклеотидов в аспекте терапии, диагностики и молекулярно-биологических исследований.It is also believed that L-ribo-ZNA modified oligonucleotides, in addition to significantly enhanced hybridization abilities, demonstrate many useful physicochemical properties inherent in normal DNA and RNA oligonucleotides. This promising list includes excellent solubility, the reaction of LNA modified oligonucleotides to salts such as sodium chloride and tetramethylammonium chloride, which mimics the reaction of unmodified oligonucleotides, the ability of LNA modified oligonucleotides to act as primers for many polymerases, the ability of LNA modified oligonucleotides to act as a target primer amplification reactions using thermostable DNA polymerase, the ability of ZNA to modify of oligonucleotides act as a substrate for T4 polynucleotide kinase; the ability of biotinylated LNAs to capture sequence-specific PCR amplicons on a solid surface coated with streptavidin; the ability of immobilized LNAs of modified oligonucleotides to sequence-specific capture of amplicons and the very important ability of the oligonucleotide sequence-specific oligonucleotides to access oligonucleotides double-stranded DNA with chain invasion. In this regard, it is obvious to any specialist in this field that these new nucleoside analogs are an extremely useful tool for improving the overall technology of using oligonucleotides in the aspect of therapy, diagnosis and molecular biological research.
Объектом настоящего изобретения является получение мономерных L-рибо-ЗНК согласно настоящему изобретению, которые могут включаться в олигонуклеотиды с использованием процедур и оборудования, известных специалистам в области олигонуклеотидного синтеза.An object of the present invention is to provide monomeric L-ribo-ZNAs according to the present invention, which can be incorporated into oligonucleotides using procedures and equipment known to those skilled in the art of oligonucleotide synthesis.
Другим объектом настоящего изобретения является получение полностью или частично L-рибо-ЗНК-модифицированных нуклеотидов (олигомеров), способных гибридизоваться специфичным по последовательности способом с комплементарными олигонуклеотидами с образованием либо дуплексов, либо триплексов, обладающих существенно более высокой аффинностью, чем соответствующие комплексы, образуемые немодифицированными олигонуклеотидами.Another object of the present invention is the production of fully or partially L-ribo-ZNA-modified nucleotides (oligomers) capable of hybridizing in a sequence-specific manner with complementary oligonucleotides to form either duplexes or triplexes with significantly higher affinity than the corresponding complexes formed by unmodified oligonucleotides.
Другим объектом настоящего изобретения является использование полностью модифицированных L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов для достижения повышенной специфичности олигонуклеотидов без отрицательного воздействия на их аффинность.Another object of the present invention is the use of fully modified L-ribo-ZNA oligonucleotides to achieve increased specificity of oligonucleotides without adversely affecting their affinity.
Другим объектом настоящего изобретения является получение полностью или частично модифицированных олигонуклеотидов, включающих L-рибо-ЗНК, нормальные нуклеозиды и другие нуклеозидные аналоги.Another object of the present invention is to obtain fully or partially modified oligonucleotides, including L-ribo-ZNA, normal nucleosides and other nucleoside analogues.
Еще одним объектом настоящего изобретения является использование высокой аффинности L-рибо-ЗНК для создания полностью модифицированных олигонуклеотидов, обладающих чрезвычайно высокой аффинностью, которые способны связываться со своими целевыми последовательностями в молекуле дцДНК путем "замещения цепи".Another object of the present invention is the use of high affinity of L-ribo-LNAs to create fully modified oligonucleotides with extremely high affinity, which are able to bind to their target sequences in the dsDNA molecule by "chain substitution".
Еще одним объектом настоящего изобретения является получение других классов L-рибо-ЗНК, которые при включении в олигонуклеотиды отличаются по аффинности от своих комплементарных нуклеозидов. Указанная цель может быть достигнута, например, при замещении нормальных нуклеотидных оснований Г, А, Т, Ц и У производными, имеющими, например, измененную картину водородных связей.Another object of the present invention is to obtain other classes of L-ribo-ZNAs, which, when incorporated into oligonucleotides, differ in affinity from their complementary nucleosides. This goal can be achieved, for example, by replacing the normal nucleotide bases G, A, T, C, and Y with derivatives having, for example, an altered picture of hydrogen bonds.
Еще одним объектом настоящего изобретения является получение L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов, которые характеризуются большей устойчивостью к нуклеазам, чем их немодифицированные партнеры.Another object of the present invention is to obtain L-ribo-ZNA modified oligonucleotides, which are characterized by greater resistance to nucleases than their unmodified partners.
Другим объектом настоящего изобретения является получение L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов, которые при гибридизации могут различать ДНК- и РНК-мишени. Было обнаружено при измерении Тпл, что Тпл, α-L-рибо-ЗНК в отношении комплементарных РНК олигонуклеотидов повышается на 5,7°С в связи с модификацией, в сравнении с величиной, равной всего 2,7°С на модификацию, в отношении комплементарной ДНК (как показано в примере 11, таблица 3). α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотиды будут, таким образом, иметь повышенную аффинность к РНК в сравнении с ДНК, что создает условия, а которых α-L-рибс-ЗНК будет специфически гибридизоваться с данной РНК, но не с ДНК, имеющей ту же последовательность оснований. Указанная способность различать РНК и ДНК может использоваться во множестве ситуаций, описанных ниже.Another object of the present invention is the production of L-ribo-ZNA modified oligonucleotides that, when hybridized, can distinguish between DNA and RNA targets. It was found when measuring T PL that T PL , α-L-ribo-ZNA in relation to complementary RNA oligonucleotides increases by 5.7 ° C due to the modification, compared with a value of only 2.7 ° C per modification, in relation to complementary DNA (as shown in example 11, table 3). α-L-ribo-ZNA oligonucleotides will thus have an increased affinity for RNA compared to DNA, which creates conditions under which α-L-ribo-ZNA will specifically hybridize with this RNA, but not with DNA having that same sequence of bases. The indicated ability to distinguish between RNA and DNA can be used in a variety of situations, described below.
Другим объектом настоящего изобретения является получение L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов, которые могут мобилизовать PHKseH.Another object of the present invention is the production of L-ribo-LNA modified oligonucleotides that can mobilize PHKseH.
Дополнительным объектом настоящего изобретения является получение L-рибо-ЗНК, которые могут функционировать в качестве субстратов для ДНК- и РНК-полимераз, тем самым позволяя аналогам либо включаться в растущую цепь нуклеиновой кислоты, либо действовать в качестве терминаторов цепи.An additional object of the present invention is the production of L-ribo-ZNAs, which can function as substrates for DNA and RNA polymerases, thereby allowing analogues to either be included in the growing nucleic acid chain or act as chain terminators.
Еще одним объектом настоящего изобретения является получение L-рибо-ЗНК, которые могут функционировать в качестве лекарственных средств. Известно много примеров нуклеозидных аналогов, используемых в терапевтических целях, и аналогичные производные нуклеозидных аналогов, раскрытых в настоящем описании, могут быть синтезированы с использованием процедур, известных в литературе (E.De Clercq, J. Med. Chem. 1995, 38, 2491; P.Herdewijn and E. De Clercq: Classical Antiviral Agents and Design of New Antiviral Agents. In: A Textbook of Drug Design and Development; Eds. P.Krogsgaard-Larsen, T.Liljefors and U.Madsen; Harwood Academic Publishers, Amsterdam, 1996, p.425; I.K.Larsen: Anticancer Agents. In: A Textbook of Drug Design and Development; Eds. P.Krogsgaard-Larsen, T. Liljefors and U.Madsen; Harwood Academic Publishers, Amsterdam, 1996, p.460).Another object of the present invention is to obtain L-ribo-ZNA, which can function as drugs. Many examples of nucleoside analogues used for therapeutic purposes are known, and similar derivatives of nucleoside analogues disclosed herein can be synthesized using procedures known in the literature (E. De Clercq, J. Med. Chem. 1995, 38, 2491; P. Herdewijn and E. De Clercq: Classical Antiviral Agents and Design of New Antiviral Agents. In: A Textbook of Drug Design and Development; Eds. P. Krogsgaard-Larsen, T. Liljefors and U. Madsen; Harwood Academic Publishers, Amsterdam 1996, p. 425; IKLarsen: Anticancer Agents. In: A Textbook of Drug Design and Development; Eds. P. Krogsgaard-Larsen, T. Liljefors and U. Madsen; Harwood Academic Publishers, Amsterdam, 1996, p. 460 )
Было показано, что двухцепочечная РНК обладает противовирусной активностью и опухолеподавляющей активностью (Sharp et al., Eur. J. Biochem. 230(1): 97-103, 1995, Lengyel-P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 90(13): 5893-5, 1993, and Laurent-Crawford et al., AIDS Res. Hum. Retroviruses, 8(2): 285-90, 1992). Вполне вероятно, что двухцепочечные ЗНК могут имитировать эффект терапевтически активных двухцепочечных РНК и, в соответствии с этим, такие двухцепочечные ЗНК имеют потенциал лекарственного применения.Double-stranded RNA has been shown to have antiviral and tumor-suppressing activity (Sharp et al., Eur. J. Biochem. 230 (1): 97-103, 1995, Lengyel-P. Et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA, 90 (13): 5893-5, 1993, and Laurent-Crawford et al., AIDS Res. Hum. Retroviruses, 8 (2): 285-90, 1992). It is likely that double-stranded LNAs can mimic the effect of therapeutically active double-stranded RNAs and, accordingly, such double-stranded LNAs have the potential for drug use.
В контексте настоящего описания термин "природная нуклеиновая кислота" относится к нуклеиновым кислотам в самом широком смысле, например к нуклеиновым кислотам, присутствующим в интактных клетках любого происхождения или вирусах, или к нуклеиновым кислотам, высвобождаемым из таких источников посредством химических или физических методов, или к нуклеиновым кислотам, получаемым из таких первичных источников путем амплификации. Природная нуклеиновая кислота может быть одноцепочечной, двухцепочечной или частично двухцепочечной и может представлять собой относительно чистый тип или смесь различных нуклеиновых кислот. Она также может представлять собой компонент неочищенного биологического образца, включающего другие нуклеиновые кислоты и другие клеточные компоненты. С другой стороны, термин "синтетические нуклеиновые кислоты" относится к любой нуклеиновой кислоте, получаемой путем химического синтеза.In the context of the present description, the term "natural nucleic acid" refers to nucleic acids in the broadest sense, for example, to nucleic acids present in intact cells of any origin or viruses, or to nucleic acids released from such sources by chemical or physical methods, or nucleic acids obtained from such primary sources by amplification. The natural nucleic acid may be single-stranded, double-stranded or partially double-stranded and may be a relatively pure type or mixture of different nucleic acids. It can also be a component of a crude biological sample, including other nucleic acids and other cellular components. On the other hand, the term "synthetic nucleic acids" refers to any nucleic acid obtained by chemical synthesis.
Настоящее изобретение также относится к использованию L-рибо-ЗНК модифицированных нуклеотидов в методах терапии, диагностики и молекулярной биологии, основанных на нуклеиновых кислотах. L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды могут использоваться для обнаружения, идентификации, захвата, характеристики, количественного определения и фрагментирования природных или синтетических нуклеиновых кислот и в качестве средств, блокирующих трансляцию и транскрипцию in vivo и in vitro. Во многих случаях может представлять интерес присоединение различных молекул к L-рибо-ЗНК модифицированным олигонуклеотидам. Указанные молекулы могут быть присоединены к любому концу олигонуклеотида, либо они могут быть присоединены в одной или большем числе внутренних позиций. Альтернативно, они могут быть присоединены к олигонуклеотиду через спейсеры, присоединяемые к 5'- или 3'-концу. Репрезентативные группы таких молекул включают интеркаляторы ДНК, фотохимически активные группы, термохимически активные группы, хелатирующие группы, репортерные группы и лиганды. В основном, все методы мечения немодифицированных олигонуклеотидов в составе ДНК и РНК с помощью указанных молекул могут также использоваться для мечения L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов. И аналогично, все методы, используемые для обнаружения меченых олигонуклеотидов, в целом применимы для соответствующим образом меченых L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов.The present invention also relates to the use of L-ribo-ZNA modified nucleotides in nucleic acid-based therapeutics, diagnostics, and molecular biology. L-ribo-ZNA modified oligonucleotides can be used to detect, identify, capture, characterize, quantify and fragment natural or synthetic nucleic acids and as agents that block translation and transcription in vivo and in vitro. In many cases, it may be of interest to attach various molecules to L-ribo-LNA modified oligonucleotides. These molecules can be attached to either end of the oligonucleotide, or they can be attached at one or more internal positions. Alternatively, they can be attached to the oligonucleotide via spacers attached to the 5 ′ or 3 ′ end. Representative groups of such molecules include DNA intercalators, photochemically active groups, thermochemically active groups, chelating groups, reporter groups, and ligands. Basically, all methods for labeling unmodified oligonucleotides in DNA and RNA using these molecules can also be used to label L-ribo-ZNA modified oligonucleotides. And similarly, all methods used to detect labeled oligonucleotides are generally applicable for appropriately labeled L-ribo-LNA modified oligonucleotides.
Таким образом, L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды могут использоваться для мечения клеток, так что указанные метки позволяют отличить или отделить такие клетки от немеченных клеток.Thus, L-ribo-ZNA modified oligonucleotides can be used to label cells, so that these labels can distinguish or separate such cells from unlabeled cells.
ЛечениеTreatment
Термин «замещение цепи» относится к способу, посредством которого олигонуклеотид связывается со своей комплементарной целевой последовательностью в двухцепочечной ДНК или РНК, так что происходит вытеснение другой цепи из указанной целевой цепи.The term “chain substitution” refers to a method by which an oligonucleotide binds to its complementary target sequence in double-stranded DNA or RNA, such that another strand is displaced from said target strand.
В одном аспекте настоящего изобретения L-рибо-ЗНК модифицированные нуклеотиды, способные осуществлять «замещение цепи», используются при разработке новых фармацевтических средств на основе «антигенного» подхода. В противоположность олигонуклеотидам, способным образовывать тройные спирали, такие олигонуклеотиды, используемые для «замещения цепи», позволяют делать достижимой в качестве мишени любую последовательность в дцДНК при любых физиологических значениях ионной силы и рН.In one aspect of the present invention, L-ribo-LNA modified nucleotides capable of "chain substitution" are used in the development of new pharmaceuticals based on the "antigenic" approach. In contrast to oligonucleotides capable of forming triple helices, such oligonucleotides used to “replace the chain” allow any sequence in dsDNA to be achievable as a target at any physiological values of ionic strength and pH.
Способность олигонуклеотидов к «замещению цепи» может также привести к успеху в рамках подхода, основанного на использовании антисмысловой последовательности, в тех случаях, когда целевая последовательность РНК недоступна из-за наличия внутримолекулярных водородных связей. Такие внутримолекулярные структуры могут встречаться в мРНК и могут вызывать серьезные проблемы при попытке «выключить» трансляцию мРНК в рамках антисмыслового подхода.The ability of oligonucleotides to "replace the chain" can also lead to success in the framework of the approach based on the use of the antisense sequence, in those cases where the target RNA sequence is unavailable due to the presence of intramolecular hydrogen bonds. Such intramolecular structures can be found in mRNA and can cause serious problems when trying to “turn off” the translation of mRNA as part of an antisense approach.
Другие классы клеточных РНК, такие, например, как тРНК, рРНК, мяРНК и мцРНК, включают внутримолекулярные структуры, которые важны для их функционирования. Указанные классы высокоструктурированных РНК не кодируют белки, но скорее (в виде РНК/белковых частиц) участвуют в широком спектре различных клеточных функций, таких как сплайсинг мРНК, полиаденилирование, трансляция, редактирование, поддержание целостности концевых участков хромосомы и т.д. В связи с высокой степенью структурированности, которая усложняет или даже препятствует эффективной гибридизации в случае нормальных олигонуклеотидов, указанные классы РНК не привлекали внимание в качестве возможных целей для антисмысловых последовательностей. Однако, в свете новых результатов, полученных с использованием описываемых α-L-рибо-ЗНК, распозавание таких РНК с помощью α-L-рибо-ЗНК стало возможным, как будет показано ниже.Other classes of cellular RNA, such as, for example, tRNA, rRNA, snRNA and mcRNA, include intramolecular structures that are important for their functioning. These classes of highly structured RNAs do not encode proteins, but rather (in the form of RNA / protein particles) are involved in a wide range of different cellular functions, such as mRNA splicing, polyadenylation, translation, editing, maintaining the integrity of chromosome ends, etc. Due to the high degree of structurization, which complicates or even hinders effective hybridization in the case of normal oligonucleotides, these RNA classes did not attract attention as possible targets for antisense sequences. However, in light of the new results obtained using the described α-L-ribo-LNAs, the recognition of such RNAs using α-L-ribo-LNAs has become possible, as will be shown below.
Известно, что множество антибиотиков взаимодействуют с бактериальной рибосомой и, в этой связи, ингибируют трансляцию. Известно, что некоторые антибиотики (например, стрептомицин, тетрациклин, спектиномицин, эдеин, гигромицин и неомицины) связываются со специфическими участками бактериальной 163 рРНК (Moazed D. and Noller H.F., Nature, 1987, 327 (6121), 389). Аналогично, другие антибиотики (например, хлорамфеникол, эритромицин, карбомицин и вернамицин В) взаимодействуют со специфическими участками бактериальной 23S рРНК (Moazed D. and Noller H.F., Biochimie, 1987, 69 (8), 879). Аналогичная ситуация имеет место, скорее всего, и в высших организмах (Spangler E.A. and Elackburn E.H., J. Biol. Chem., 1985, 260 (10), 6334).It is known that many antibiotics interact with the bacterial ribosome and, in this regard, inhibit translation. It is known that certain antibiotics (e.g., streptomycin, tetracycline, spectinomycin, edein, hygromycin and neomycin) bind to specific sites of bacterial 163 rRNA (Moazed D. and Noller H.F., Nature, 1987, 327 (6121), 389). Similarly, other antibiotics (e.g., chloramphenicol, erythromycin, carbomycin, and vernamycin B) interact with specific sites of bacterial 23S rRNA (Moazed D. and Noller H.F., Biochimie, 1987, 69 (8), 879). A similar situation is likely to occur in higher organisms (Spangler E.A. and Elackburn E.H., J. Biol. Chem., 1985, 260 (10), 6334).
Кроме того, известно, что ПНК-ПНК (ПНК - пептидные нуклеиновые кислоты, PNA) представляют собой молекулы, специфически взаимодейспзующие с ДНК по правилу спаривания оснований Уотсона-Крика, что они делают с несколько повышенной термостабильнсстью (Тпл) в отношении функциональных и доступных сайтов в рибосомальной РНК и могут инглбировать трансляцию в Escherichia coli (Good L. and Nielsen P.E., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, 95 (5), 2073), указывая на то, что высоксаффинные олигонуклеотиды, которые связываются с определенными сайтами рРНК, могут имитировать эффект антибиотиков, связывающихся с рРНК. Поскольку ЗНК связываются с рРНК с еще более высоким значением Тпл, чем ПНК, вполне вероятно, что можно получить ЗНК, которые будут специфически связываться с бактериальной рРНК и ингибировать трансляцию в бактериях. В качестве развития такого подхода следует указать на возможность использовать малые, но важные различия в последовательностях рРНК, имеющиеся между высшими организмами, для конструирования ЗНК-олигонуклеотидов, ингибирующих трансляцию в одном из них, но не в другом. Одним из очевидных приложений такого подхода может быть разработка ЗНК, которые специфически ингибируют трансляцию в видах Plasmodium (малярийные паразиты), видах Schistosoma (вызывающих шистосомоз), различных филяриях (вызывающих слоновость и River Blindness), кривоголовках (вызывающих анемию) и в других патогенных паразитах.In addition, it is known that PNA-PNA (PNA - peptide nucleic acids, PNA) are molecules that specifically interact with DNA according to the Watson-Crick base pairing rule, which they do with slightly increased thermal stability ( Tm ) with respect to functional and accessible sites in ribosomal RNA and can inhibit translation into Escherichia coli (Good L. and Nielsen PE, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, 95 (5), 2073), indicating that high affinity oligonucleotides that bind to certain rRNA sites can mimic the effect of antibiotics, binding to rRNA. Since LNAs bind to rRNA with an even higher T PL value than PNA, it is likely that it is possible to obtain LNAs that will specifically bind to bacterial rRNA and inhibit translation in bacteria. As a development of this approach, it should be pointed out that it is possible to use small but important differences in rRNA sequences between higher organisms to construct LNA oligonucleotides that inhibit translation in one of them, but not in the other. One of the obvious applications of this approach can be the development of ZNKs that specifically inhibit translation in Plasmodium species (malaria parasites), Schistosoma species (causing schistosomiasis), various filarias (causing elephantiasis and River Blindness), cryogenic heads (causing anemia), and other pathogenic parasites .
Использование высокоаффинных мономеров L-рибо-ЗНК должно облегчить конструирование антисмысловых зондов с достаточной термостабильностью с целью эффективной гибридизации с такими целевыми РНК. В этой связи в предпочтительном варианте реализации изобретения L-рибо-ЗНК используют для придания достаточной аффинности олигонуклеотиду, с тем чтобы способствовать гибридизации с указанными классами РНК посредством качественной и/или количественной модуляции функционирования частиц, в которых находятся указанные РНК.The use of high affinity L-ribo-ZNA monomers should facilitate the construction of antisense probes with sufficient thermal stability in order to efficiently hybridize with such target RNAs. In this regard, in a preferred embodiment of the invention, L-ribo-ZNAs are used to give sufficient affinity to the oligonucleotide in order to facilitate hybridization with these classes of RNAs by qualitative and / or quantitative modulation of the functioning of the particles in which these RNAs are located.
L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды, предназначенные для использования в качестве лекарственных средств в рамках антисмыслового механизма действия, разрабатываются с двойной целью: достижения высокой аффинности и способности мобилизовать PHKseH. Указанные цели могут быть достигнуты, например, за счет наличия L-рибо-ЗНК сегментов, фланкирующих немодифицированный центральный сегмент ДНК. Кроме того, особая способность α-L-рибо-ЗНК различать РНК и ДНК может использоваться в различных основных терапевтических применениях антисмыслового подхода в связи с предпочтительным характером активности α-L-рибо-ЗНК в отношении РНК. При создании α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов, специфичных к той или иной РНК, удается избежать неспецифического связывания с фрагментами ДНК, нуклеотидная последовательность которых аналогична целевой РНК, что предотвращает стабильную ассоциацию α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов с хромосомной ДНК, которая могла бы изменить структуру ДНК и тем самым индуцировать мутации в рассматриваемом гене. Указанное изменение структуры ДНК и ассоциированные мутации могут вызвать нежелательные токсичные побочные эффекты.L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides intended for use as drugs within the antisense mechanism of action are being developed with a double purpose: to achieve high affinity and the ability to mobilize PHKseH. These goals can be achieved, for example, due to the presence of L-ribo-ZNA segments flanking the unmodified central DNA segment. In addition, the special ability of α-L-ribo-ZNA to distinguish between RNA and DNA can be used in various major therapeutic applications of the antisense approach due to the preferred nature of the activity of α-L-ribo-ZNA in relation to RNA. When creating α-L-ribo-LNA oligonucleotides specific to a particular RNA, nonspecific binding to DNA fragments whose nucleotide sequence is similar to the target RNA is avoided, which prevents stable association of α-L-ribo-LNA oligonucleotides with chromosomal DNA, which could change the structure of DNA and thereby induce mutations in the gene in question. Said alteration of DNA structure and associated mutations can cause undesirable toxic side effects.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к конструированию рибозимов с повышенной специфичностью. Рибозимы представляют собой олигодезоксирибонуклеотиды и их аналоги, которые объединяют РНК-азную активность со способностью к специфичному по последовательности взаимодействию с комплементарной целевой РНК. Они вызывают большой интерес как молекулы терапевтического действия, и вполне вероятно, что привлекательные свойства α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов могут использоваться для совершенствования рибозимов, действующих против специфических РНК.Another embodiment of the present invention relates to the construction of ribozymes with increased specificity. Ribozymes are oligodeoxyribonucleotides and their analogues that combine RNAase activity with the ability to sequence-specific interaction with complementary target RNA. They are of great interest as molecules of therapeutic action, and it is likely that the attractive properties of α-L-ribo-ZNA oligonucleotides can be used to improve the ribozymes acting against specific RNAs.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к L-рибо-ЗНК олигонуклеотидам, специфически взаимодействующим с клеточными нуклеопротеинами, которые содержат РНК в качестве интегрированного и незаменимого компонента активного белка, двумя примерами их являются рибосомы и теломеразы. Способность α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов ингибировать теломеразу может использоваться в ряде важных применений.Another embodiment of the present invention relates to L-ribo-ZNA oligonucleotides that specifically interact with cellular nucleoproteins that contain RNA as an integrated and indispensable component of the active protein, two examples of which are ribosomes and telomerase. The ability of α-L-ribo-ZNA oligonucleotides to inhibit telomerase can be used in a number of important applications.
Хромосомы высших эукариот (включая человека) являются линейными. Была определена первичная структура (последовательность ДНК) хромосомальных концов, и оказалось, что последовательности ДНК всех хромосомальных концов, в каждом конкретном организме, состоят из простой повторяющейся единицы с выступающим одноцепочечным концом. Конец хромосомы называется теломером. У людей теломеры содержат длинные нити двухцепочечных множественных повторов последовательности 5'-TTAGGG-3' (последовательность одной цепи в направлении от центромера в сторону конца хромосомы). Поскольку все ДНК-полимеразы требуют наличия матричной цепи и олигонуклеотидного праймера для инициации синтеза комплементарной цепи ДНК, ДНК-полимераза сама по себе не способна реплицировать дальние концы хромосомы. Это ведет к прогрессирующему укорачиванию хромосом при их репликации. При рассмотрении длины теломеров в нормальных соматических клетках можно видеть, что длина теломера действительно становится меньше с каждым циклом репликации до тех пор, пока размер теломера не достигнет 5-15 тпо в длину. Когда теломеры становятся такими короткими, клетки прекращают нормально делиться и постепенно входят в фазу старения. Единственным исключением из этого являются стволовые клетки. Стволовые клетки представляют собой специализированные клетки, способные продолжать деление в течение всей жизни организма. Интересно, что теломеры стволовых клеток остаются длинными (10-15 тпо). Они сохраняются такими благодаря активности особого фермента - теломеразы. Теломераза представляет собой уникальный фермент, который способен специфически удлинять выступающий одноцепочечный конец теломера, позволяя тем самым теломеру сохранять стабильную длину. Теломераза является рибонуклеопротеиновым ферментом, т.е. это белок, который содержит РНК и зависит от РНК в своей энзиматической активности. Структура теломеразы несколько напоминает обратную транскриптазу - вирусный белок, который также способен синтезировать ДНК с использованием РНК в качестве матрицы.Chromosomes of higher eukaryotes (including humans) are linear. The primary structure (DNA sequence) of the chromosomal ends was determined, and it turned out that the DNA sequences of all chromosomal ends, in each particular organism, consist of a simple repeating unit with a protruding single-stranded end. The end of the chromosome is called the telomere. In humans, telomeres contain long strands of double-stranded multiple repeats of the 5'-TTAGGG-3 'sequence (a sequence of one chain in the direction from the centromere toward the end of the chromosome). Since all DNA polymerases require the presence of a template strand and oligonucleotide primer to initiate the synthesis of a complementary strand of DNA, DNA polymerase alone is not able to replicate the far ends of the chromosome. This leads to progressive shortening of chromosomes during their replication. When considering the length of telomeres in normal somatic cells, it can be seen that the telomere length actually becomes shorter with each replication cycle until the telomere size reaches 5-15 TPO in length. When telomeres become so short, the cells stop dividing normally and gradually enter the aging phase. The only exceptions to this are stem cells. Stem cells are specialized cells that can continue to divide throughout the life of the body. Interestingly, stem cell telomeres remain long (10-15 mps). They remain so due to the activity of a special enzyme - telomerase. Telomerase is a unique enzyme that is able to specifically extend the protruding single-stranded end of the telomere, thereby allowing the telomere to maintain a stable length. Telomerase is a ribonucleoprotein enzyme, i.e. it is a protein that contains RNA and is dependent on RNA in its enzymatic activity. The structure of telomerase somewhat resembles reverse transcriptase - a viral protein that is also able to synthesize DNA using RNA as a template.
Энзиматическое действие теломеразы зависит от правильного положения свободного 3'-конца теломера на молекуле РНК для удлинения теломера. Молекулы, которые способны специфически взаимодействовать либо с самым дальним концом теломера, или, возможно, с РНК компонентом теломеразы, будут ингибировать фермент. α-L-рибо-ЗНК может быть разработан таким образом, чтобы соответствовать таким критериям. Указанный подход может представлять интерес, например, в лечении рака, поскольку, за исключением стволовых клеток, в нормальных соматических клетках не обнаруживается теломеразная активность, что резко отличает их от раковых клеток, большая часть которых содержит легко обнаруживаемую теломеразную активность. Раковые клетки являются иммортализованными, т.е. они не стареют, но продолжают пролиферировать и образовывать опухолевую массу вплоть до гибели организма. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют предположить, что теломеразная активность обязательна для иммортализации раковых клеток. Интересно, что теломеры раковых клеток существенно короче, чем теломеры стволовых клеток, и этот факт указывает на то, что раковые клетки должны достичь «барьера длины теломера» раньше, чем стволовые клетки, и можно полагать, что лекарственное средство, которое специфически ингибирует теломеразную активность, будет полезно как противораковое средство.The enzymatic effect of telomerase depends on the correct position of the free 3'-end of the telomere on the RNA molecule to extend the telomere. Molecules that are capable of specifically interacting with either the farthest end of the telomere, or possibly the RNA component of telomerase, will inhibit the enzyme. α-L-ribo-ZNA can be designed to meet such criteria. This approach may be of interest, for example, in the treatment of cancer, since, with the exception of stem cells, telomerase activity is not detected in normal somatic cells, which sharply distinguishes them from cancer cells, most of which contain easily detectable telomerase activity. Cancer cells are immortalized, i.e. they do not age, but continue to proliferate and form a tumor mass until the death of the body. Currently available data suggest that telomerase activity is required for the immortalization of cancer cells. Interestingly, cancer cell telomeres are significantly shorter than stem cell telomeres, and this fact indicates that cancer cells must reach the “telomere length barrier” earlier than stem cells, and it can be assumed that a drug that specifically inhibits telomerase activity , will be useful as an anti-cancer agent.
В свете вышесказанного, важным аспектом является использование исключительных свойств α-L-рибо-ЗНК для конструирования коротких α-L-рибо-ЗНК олигомеров, направленных против специфических частей РНК компонента теломеразы, с целью ингибирования теломеразной активности раковых клеток человека.In light of the above, an important aspect is the use of the exceptional properties of α-L-ribo-ZNA oligomers to construct short α-L-ribo-ZNA oligomers directed against specific parts of the RNA component of telomerase, in order to inhibit the telomerase activity of human cancer cells.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения относится к использованию L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов, особенно α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов, в качестве аптамеров. Этот новый перспективный класс терапевтических олигонуклеотидов был выбран на основе исследований in vitro как специфически связывающийся с данной мишенью с высокой аффинностью, такой как, например, рецепторы лигандов. Характеристики этих молекул по связыванию отражают, по всей видимости, способность олигонуклеотидов образовывать трехмерные структуры, удерживаемые вместе за счет внутримолекулярного спаривания нуклеотидных оснований. Вполне вероятно, что аптамеры, содержащие α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотиды, могут проявлять выгодные характеристики, которые, в свою очередь, могут использоваться для терапевтических целей.Another embodiment of the present invention relates to the use of L-ribo-ZNA oligonucleotides, especially α-L-ribo-ZNA oligonucleotides, as aptamers. This new promising class of therapeutic oligonucleotides has been selected based on in vitro studies as specifically binding to this target with high affinity, such as, for example, ligand receptors. The binding characteristics of these molecules most likely reflect the ability of oligonucleotides to form three-dimensional structures held together by intramolecular pairing of nucleotide bases. It is likely that aptamers containing α-L-ribo-ZNA oligonucleotides can exhibit beneficial characteristics, which, in turn, can be used for therapeutic purposes.
В некоторых случаях может быть выгодно осуществлять отрицательную регуляцию экспрессии гена, тогда как в других случаях может быть выгодно активировать ее. Как было показано Моллегаардом с соавт. ( Buchardt, О.; Egholm, М.; Nielsen, P.E. Ргос. Natl. Acad. Scl. U.S.A. 1994, 91, 3892), олигомеры, способные к «замещению цепи», могут функционировать как активаторы транскрипции РНК. В одном аспекте настоящего изобретения ЗНК, способные к «замещению цепи», используют для активации генов, интересных с точки зрения возможного лечения.In some cases, it may be beneficial to downregulate gene expression, while in other cases it may be beneficial to activate it. As shown by Mollegaard et al. ( Buchardt, O .; Egholm, M .; Nielsen, PE Proc. Natl. Acad. Scl. USA 1994, 91, 3892), oligomers capable of "chain substitution" can function as activators of RNA transcription. In one aspect of the present invention, LNAs capable of “chain replacement” are used to activate genes that are interesting in terms of possible treatment.
Нуклеозиды и нуклеозидные аналоги доказали свою эффективность в химиотерапии различных вирусных инфекций и рака. L-рибо-ЗНК нуклеозиды следует рассматривать как потенциально полезные в качестве таких лекарственных средств нуклеозидной природы.Nucleosides and nucleoside analogues have been shown to be effective in chemotherapy of various viral infections and cancer. L-ribo-ZNA nucleosides should be considered as potentially useful as such drugs of nucleoside nature.
Имеются сообщения о том, что в некоторых случаях двухцепочечная РНК (дц-РНК) обладает специфической фармацевтической активностью. Дуплексы, включающие полностью L-рибо-ЗНК модифицированный(ые) нуклеозид(ы), могут использоваться в качестве таких двухцепочечных лекарственных средств и, кроме того, вполне вероятно, что двухцепочечные α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотиды внесут важный вклад в диапазон функций биологически активных молекул типа двухцепочечных РНК.There are reports that in some cases double-stranded RNA (ds-RNA) has a specific pharmaceutical activity. Duplexes, including fully L-ribo-LNA modified nucleoside (s), can be used as such double-stranded drugs and, in addition, it is likely that double-stranded α-L-ribo-LNA oligonucleotides will make an important contribution to the range of functions biologically active molecules such as double-stranded RNA.
Исходя из вышесказанного, терапевтический потенциал двухцепочечных ЗНК (дц-ЗНК) может включать лечение рака или вирусных инфекций, что будет рассмотрено ниже.Based on the foregoing, the therapeutic potential of double-stranded ZNA (ds-ZNA) may include the treatment of cancer or viral infections, which will be discussed below.
Имеются данные, в соответствии с которыми различные типы дц-НК, либо сами по себе, либо в синергичном сочетании с гамма-интерфероном, ингибируют рост нескольких типов раковых клеток (Borecky et al. Тех. Rep. Blol. Med., 1981, 41, 575; Sharp et al. Eur. J. Biochem., 1995, 230(1), 97). Дц-РНК ингибируют рост раковых клеток в культуре, а также в опухолях экспериментальных животных. По всей видимости, как минимум два фермента, активируемых двухцепочечной РНК, участвуют в опухолеподавляющей активности дц-РНК: активируемая двухцепочечной РНК протеинкиназа (ПКР) и рибонуклеаза L (Lengyel-P, Proc. Natl. Acad. Scl USA, 1993, 90(13), 5893). В то время как ПКР активируется непосредственно дц-РНК, РНК-аза L активируется дц-РНК через (2'-5')олигоаденилатсинтетазу, которая остается латентной до тех пор, пока не активируется под действием дц-РНК. Дц-РНК также индуцирует активность природного киллера клеток (ПК), и эта активность, по-видимому, также вносит вклад в противоопухолевое действие дц-РНК.There is evidence that various types of DC-NK, either alone or in synergistic combination with gamma interferon, inhibit the growth of several types of cancer cells (Borecky et al. Tech. Rep. Blol. Med., 1981, 41 575; Sharp et al. Eur. J. Biochem., 1995, 230 (1), 97). DC-RNAs inhibit the growth of cancer cells in culture, as well as in tumors of experimental animals. Apparently, at least two enzymes activated by double-stranded RNA are involved in the tumor-suppressing activity of ds RNA: activated double-stranded RNA protein kinase (RCC) and ribonuclease L (Lengyel-P, Proc. Natl. Acad. Scl USA, 1993, 90 (13 ), 5893). While RCC is directly activated by dsRNA, RNAse L is activated by dsRNA via (2'-5 ') oligoadenylate synthetase, which remains latent until activated by dsRNA. Dc RNA also induces the activity of a natural killer cell (PC), and this activity also seems to contribute to the antitumor effect of dc RNA.
Несмотря на то, что природная дц-РНК в типичном случае ассоциирована с вирусной инфекцией, было показано, что дц-РНК обладает также противовирусной активностью. Дц-РНК проявляет свою противовирусную активность против вируса иммунодефицита человека ВИЧ-1 и ВИЧ-2 (Haines et al. J. Cell. Biochem., 1991, 46(1), 9). Дц-РНК и также дц-ЗНК могут, в этой связи, быть возможными кандидатами для использования их в качестве лекарственных средств при лечении СПИДа.Despite the fact that natural ds-RNA is typically associated with a viral infection, it has been shown that ds-RNA also has antiviral activity. DC-RNA exhibits its antiviral activity against human immunodeficiency virus HIV-1 and HIV-2 (Haines et al. J. Cell. Biochem., 1991, 46 (1), 9). Ds-RNA and also ds-ZNA can, in this regard, be possible candidates for their use as medicines in the treatment of AIDS.
Дц-РНК должна доказать свою эффективность на практике. Однако клетки млекопитающих содержат множество специфических нуклеаз дц-РНК и, возможно, из-за этого указанная активность дц-РНК быстро элиминируется в организме пациентов. ЗНК во многом сходна с РНК, и ей свойственна большая часть химических характеристик РНК (Koshkin et al., Tetrahedron, 1998, 54, 3607), и кроме того, ЗНК образует стабильные дуплексы, а структурные различия РНК от ЗНК слабо различимы. Таким образом, вероятно, что адекватные двухцепочечные ЗНК могут имитировать действие некоторые дц-РНК и, соответственно, активировать ПКР и/или (2'-5')олигоаденилатсинтетазу, и поскольку ЗНК сама обладает, как было доказано, экзонуклеолитической активностью (Singh et al., Chem. Commun., 1998,455), возможно, что молекулы дц-ЗНК могут демонстрировать улучшенную терапевтическую эффективность в сравнении с дц-РНК.DC-RNA must prove its effectiveness in practice. However, mammalian cells contain many specific ds-RNA nucleases and, possibly, because of this, the indicated ds-RNA activity is rapidly eliminated in the patient’s body. ZNA is in many ways similar to RNA, and it is characterized by most of the chemical characteristics of RNA (Koshkin et al., Tetrahedron, 1998, 54, 3607), and in addition, ZNA forms stable duplexes, and the structural differences between RNA and ZNA are weakly distinguishable. Thus, it is likely that adequate double-stranded ZNAs can mimic the effects of some ds-RNAs and, accordingly, activate RCC and / or (2'-5 ') oligoadenylate synthetase, and since ZNA itself has been shown to have exonucleolytic activity (Singh et al ., Chem. Commun., 1998,455), it is possible that ds-ZNA molecules may exhibit improved therapeutic efficacy compared to ds-RNA.
Настоящее изобретение также относится к фармацевтической композиции, включающей фармацевтически активный L-рибо-ЗНК модифицированный олигонуклеотид или фармацевтически активный L-рибо-ЗНК мономер, определенный выше, в сочетании с фармацевтически приемлемым носителем.The present invention also relates to a pharmaceutical composition comprising a pharmaceutically active L-ribo-LNA modified oligonucleotide or a pharmaceutically active L-ribo-LNA monomer, as defined above, in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.
Такие композиции могут быть представлены формой, адаптированной для перорального, парентерального (внутривенного, внутрибрюшинного), внутримышечного, ректального, внутриназального, кожного, вагинального, буккального, глазного или внутрилегочного введения, предпочтительно в форме, адаптированной для перорального введения, и такие композиции могут быть приготовлены способом, хорошо известным специалистам в данной области техники, в частности, из числа описанных в литературе («Remington's Pharmaceutical Sciences», 17. Ed. Alfonso R. Gennaro (Ed.), Mark Publishing Company, Easton, PA, U.S.A., 1985 и более поздние издания, и в монографиях серии «Drugs and the Pharmaceutical Sciences», Marcel Dekker).Such compositions may be in a form adapted for oral, parenteral (intravenous, intraperitoneal), intramuscular, rectal, intranasal, cutaneous, vaginal, buccal, ophthalmic or intrapulmonary administration, preferably in a form adapted for oral administration, and such compositions can be prepared by a method well known to those skilled in the art, in particular from those described in the literature ("Remington's Pharmaceutical Sciences", 17. Ed. Alfonso R. Gennaro (Ed.), Mark Publishing Company, Easton, PA, U .S.A., 1985 and later, and in monographs of the Drugs and the Pharmaceutical Sciences series, Marcel Dekker).
ДиагностикаDiagnostics
Были разработаны несколько диагностических и молекулярно-биологических процедур, в которых используется набор различных олигонуклеотидов для одновременного анализа целевой нуклеиновой кислоты с целью оценки наличия возможных мутаций. В типичном случае наборы олигонуклеотидов иммобилизуют заранее установленным образом на твердом носителе, так что наличие конкретной мутации в целевой нуклеиновой кислоте может быть выявлено по положению на твердой подложке, на которой проходит гибридизация. Одно из важных условий успешного использования набора различных олигонуклеотидов при анализе нуклеиновых кислот заключается в том, что все они должны быть специфичными для конкретной целевой последовательности в конкретных условиях гибридизации. Поскольку аффинность и специфичность стандартных олигонуклеотидов к своим комплементарным целевым последовательностям зависит существенным образом от их последовательности и размеров, эти критерии трудно выполнить.Several diagnostic and molecular biological procedures have been developed that use a set of different oligonucleotides to simultaneously analyze the target nucleic acid in order to assess the presence of possible mutations. Typically, sets of oligonucleotides are immobilized in a predetermined manner on a solid support, so that the presence of a particular mutation in the target nucleic acid can be detected by the position on the solid support on which the hybridization takes place. One of the important conditions for the successful use of a set of different oligonucleotides in nucleic acid analysis is that all of them must be specific for a particular target sequence under specific hybridization conditions. Since the affinity and specificity of standard oligonucleotides for their complementary target sequences substantially depends on their sequence and size, these criteria are difficult to fulfill.
Кроме того, было разработано множество методик, с тем чтобы можно было охарактеризовать различные типы РНК, которые клетки могут содержать. Общим подходом для их характеристики является гибридизация нуклеиновых кислот, и примеры таких методов гибридизации включают гибридизацию in situ, гибридизацию методом дот-блоттинга, обратную гибридизацию методом дот-блоттинга, нозерн-гибридизацию и полимеразную цепную реакцию с обратной транскриптазой (отПЦР). Зачастую указанные методы осуществляют на образцах, содержащих и ДНК, и РНК, что нередко создает проблемы при определении, которых легко избежать, если иметь зонды, в которых было проведено адекватное разделение ДНК и РНК. В частности, эта проблема свойственна гибридизации in situ, проводимой с использованием различных тканевых образцов. В связи со свойственным α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидам выраженным гибридизационным предпочтением в отношении РНК могут быть сконструированы α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотиды, которые специфически гибридизуются с РНК в образце, тем самым устраняя возможность получения ошибочных результатов в случае гибридизации с нерелевантными ДНК, имеющими такую же нуклеотидную последовательность.In addition, many techniques have been developed so that the different types of RNA that the cells may contain can be characterized. Nucleic acid hybridization is a general approach for characterizing them, and examples of such hybridization methods include in situ hybridization, dot blot hybridization, dot blot hybridization, Northern hybridization, and reverse transcriptase polymerase chain reaction (PCR). Often, these methods are carried out on samples containing both DNA and RNA, which often creates problems in the determination, which are easy to avoid if you have probes in which an adequate separation of DNA and RNA has been carried out. In particular, this problem is characteristic of in situ hybridization using various tissue samples. Due to the pronounced hybridization preference for RNA α-L-ribo-LNA oligonucleotides for RNA, α-L-ribo-LNA oligonucleotides can be constructed that specifically hybridize with RNA in the sample, thereby eliminating the possibility of obtaining erroneous results in the case of hybridization with irrelevant DNA having the same nucleotide sequence.
В предпочтительном варианте реализации изобретения L-рибо-ЗНК используют как средство повышения аффинности и/или специфичности зондов, а также как средство выравнивания аффинности различных олигонуклеотидов к своим комплементарным последовательностям. Как раскрывается в настоящем описании, такая модуляция аффинности может быть осуществлена, например, путем замещения выбранных нуклеотидов в олигонуклеотиде L-рибо-ЗНК, несущим сходное нуклеотидное основание. В особенности, это относится к α-L-рибо-ЗНК лигонуклеотидам.In a preferred embodiment of the invention, L-ribo-ZNAs are used as a means of increasing the affinity and / or specificity of the probes, and also as a means of aligning the affinity of various oligonucleotides to their complementary sequences. As disclosed herein, such affinity modulation can be accomplished, for example, by replacing selected nucleotides in an L-ribo-ZNA oligonucleotide bearing a similar nucleotide base. In particular, this relates to α-L-ribo-ZNA ligonucleotides.
В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения высокая аффинность и специфичность L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов используется для захвата специфичных по последовательности природных или синтетических нуклеиновых кислот и их очистки. В одном аспекте природные и синтетические нуклеиновые кислоты контактируют с L-рибо-ЗНК модифицированным олигонуклеотидом, иммобилизованным на твердом носителе. В этом случае гибридизация и захват происходят одновременно. При этом захваченная нуклеиновая кислота может быть, например, обнаружена, охарактеризована, количественно определена или амплифицирована непосредственно на поверхности с использованием множества известных в технике методов, или она может быть высвобождена с поверхности до проведения такой характеристики или амплификации, при помещении иммобилизованного модифицированного олигонуклеотида и захваченной нуклеиновой кислоты в условия, не способствующие гибридизации, такие как, например, нагревание или использование буферов низкой ионной силы.In another preferred embodiment of the present invention, the high affinity and specificity of L-ribo-LNA modified oligonucleotides is used to capture sequence-specific natural or synthetic nucleic acids and purify them. In one aspect, natural and synthetic nucleic acids are contacted with L-ribo-LNA modified oligonucleotide immobilized on a solid support. In this case, hybridization and capture occur simultaneously. In this case, the captured nucleic acid can, for example, be detected, characterized, quantified or amplified directly on the surface using a variety of methods known in the art, or it can be released from the surface prior to carrying out such characterization or amplification by placing an immobilized modified oligonucleotide and captured nucleic acid under conditions not conducive to hybridization, such as, for example, heating or using low io buffers Noah force.
Твердая подложка может быть выбрана из широкого перечня полимерных материалов, таких как, например, CPG (стекло с контролируемой пористостью), полипропилен, полистирол, поликарбонат или полиэтилен, при этом каждый из этих материалов может иметь различную форму, такую как, например, трубка, микротитрационный планшет, стержень, шарик, фильтр и др. L-рибо-ЗНК модифицированный олигонуклеотид может быть иммобилизован на твердой подложке через свой 5'- или свой 3'-конец (или через конец линкеров, присоединенных к 5'- или 3'-концу) с помощью множества химических или фотохимических методов, обычно используемых при иммобилизации олигонуклеотидов или при нековалентном соединении, таком как, например, в случае связывания биотинилированного L-рибо-ЗНК модифицированного олигонуклеотида с иммобилизованным стрептавидином. Один предпочтительный метод иммобилизации L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов на различных твердых подложках представляет собой фотохимический метод, использующий фотохимически активный антрахинон, ковалентно присоединенный к 5'- или 3'-концу модифицированного олигонуклеотида (необязательно через линкеры), как описано в WO 96/31557. Таким образом, настоящее изобретение также относится к поверхности, несущей ЗНК модифицированный олигонуклеотид.The solid substrate can be selected from a wide range of polymeric materials, such as, for example, CPG (glass with controlled porosity), polypropylene, polystyrene, polycarbonate or polyethylene, each of these materials may have a different shape, such as, for example, a tube, microtiter plate, rod, ball, filter, etc. L-ribo-ZNA modified oligonucleotide can be immobilized on a solid support through its 5'- or its 3'-end (or through the end of linkers attached to the 5'- or 3'- end) using a lot of chemical scopic or photochemical methods usually employed in the immobilization of oligonucleotides or by non-covalent compound such as, for example, in the case of the binding of biotinylated L-ribo-ZNK modified oligonucleotide to immobilized streptavidin. One preferred method for immobilizing L-ribo-LNA modified oligonucleotides on various solid supports is a photochemical method using a photochemically active anthraquinone covalently attached to the 5'- or 3'-end of the modified oligonucleotide (optionally via linkers), as described in WO 96 / 31557. Thus, the present invention also relates to a surface bearing an LNA modified oligonucleotide.
В другом аспекте L-рибо-ЗНК-модифицированный олигонуклеотид несет лиганд, ковалентно присоединенный либо к 5'-, либо к 3'-концу. В этом случае L-рибо-ЗНК-модифицированный нуклеотид контактирует с природными или синтетическими нуклеиновыми кислотами в растворе, тогда как образованные гибриды захватываются на твердом носителе, несущем молекулы, которые могут специфически связывать лиганд.In another aspect, the L-ribo-ZNA-modified oligonucleotide carries a ligand covalently attached to either the 5'- or 3'-end. In this case, the L-ribo-ZNA-modified nucleotide is contacted with natural or synthetic nucleic acids in solution, while the formed hybrids are captured on a solid carrier carrying molecules that can specifically bind the ligand.
Еще в одном аспекте L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотиды, способные осуществлять "замещение цепи", используют при захвате природных и синтетических нуклеиновых кислот без предварительной денатурации. Такие модифицированные олигонуклеотиды особенно приемлемы для использования в тех случаях, когда до целевой последовательности трудно или невозможно добраться с использованием нормальных олигонуклеотидов в связи с быстрым образованием стабильных внутримолекулярных структур. Примерами нуклеиновых кислот, включающих такие структуры/являются рРНК, тРНК, мяРНК и мцРНК.In yet another aspect, L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides capable of "chain substitution" are used to capture natural and synthetic nucleic acids without prior denaturation. Such modified oligonucleotides are particularly suitable for use in cases where it is difficult or impossible to reach the target sequence using normal oligonucleotides in connection with the rapid formation of stable intramolecular structures. Examples of nucleic acids including such structures / are rRNA, tRNA, snRNA and mcRNA.
В другом предпочтительном варианте реализации изобретения L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотиды, сконструированные с целью достижения высокой специфичности, используют как праймеры при секвенировании нуклеиновых кислот и как праймеры в рамках любой из ряда известных реакций амплификации, таких как ПЦР. Как показано в настоящем описании, конструирование L-рибо-ЗНК-модифицированных олигонуклеотидов позволяет определять, будут ли они поддерживать целевую амплификацию в экспоненциальном или линейном режиме. Продукты реакции амплификации могут быть проанализированы далее с использованием множества методов, применимых для анализа продуктов амплификации, получаемых с нормальными праймерами ДНК. В конкретном случае, когда L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотидные праймеры сконструированы для поддержания линейной амплификации, полученные ампликоны будут содержать одноцепочечные концы, которые могут быть специфичны к комплементарным зондам без денатурации. Такие концы могут, например, использоваться для захвата ампликонов другими комплементарными L-рибо-ЗНК-модифицированными олигонуклеотидами, присоединенными к твердой поверхности.In another preferred embodiment, L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides designed to achieve high specificity are used as primers for nucleic acid sequencing and as primers for any of a number of known amplification reactions, such as PCR. As shown in the present description, the construction of L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides allows you to determine whether they will support the target amplification in exponential or linear mode. The amplification reaction products can be further analyzed using a variety of methods applicable to the analysis of amplification products obtained with normal DNA primers. In the specific case, when the L-ribo-ZNA-modified oligonucleotide primers are designed to support linear amplification, the resulting amplicons will contain single-stranded ends that can be specific for complementary probes without denaturation. Such ends can, for example, be used to capture amplicons with other complementary L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides attached to a solid surface.
В другом аспекте L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотиды, способные к "замещению цепи", используют в качестве праймеров линейной или экспоненциальной реакции амплификации. Использование таких олигонуклеотидов, как ожидается, будет повышать общий выход ампликонов за счет эффективной конкуренции с ампликоном в повторной гибридизации на более поздних стадиях реакции амплификации. Демерс с соавт. (Demers et al., Nucl. Acid Res. 1995, 23, 3050-3055) раскрывает использование высокоаффинных неудлиняемых олигомеров в качестве средства повышения общего выхода ПЦР. Считается, что олигомеры проявляют указанные эффекты за счет препятствия повторной гибридизации ампликона на поздних стадиях реакции ПЦР. Ожидается, что L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотиды, блокированные на своем 3'-конце, будут обладать тем же самым преимуществом. Блокирование 3'-конца может быть достигнуто различными способами, такими как, например, обмен 3'-гидроксильной группы на водород или фосфат. Такие 3'-блокированные L-рибо-ЗНК-модифицированные олигонуклеотиды могут также использоваться для селективной амплификации очень близких последовательностей нуклеиновых кислот способом, аналогичным тому, что был описан Ю с соавт. (Yu et al., Biotechnigues, 1997, 23, 714-716).In another aspect, L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides capable of "chain replacement" are used as primers for a linear or exponential amplification reaction. The use of such oligonucleotides is expected to increase the overall output of amplicons due to effective competition with amplicon in repeated hybridization at later stages of the amplification reaction. Demers et al. (Demers et al., Nucl. Acid Res. 1995, 23, 3050-3055) discloses the use of high affinity, non-extendable oligomers as a means of increasing the overall yield of PCR. It is believed that oligomers exhibit these effects due to an obstacle to the re-hybridization of amplicon in the late stages of the PCR reaction. It is expected that L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides blocked at its 3'-end will have the same advantage. Blocking the 3'-end can be achieved in various ways, such as, for example, exchanging the 3'-hydroxyl group for hydrogen or phosphate. Such 3'-blocked L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides can also be used to selectively amplify very close nucleic acid sequences in a manner similar to that described by Yu et al. (Yu et al., Biotechnigues, 1997, 23, 714-716).
В последние годы были изобретены новые классы зондов, которые могут использоваться, например, для обнаружения в реальном времени ампликонов, генерированных в реакциях целевой амплификации. Один такой класс зондов был назван «молекулярные буи» ("Molecular Beacons"). Указанные зонды синтезируют как частично самокомплементарные олигонуклеотиды, включающие флуорофор на одном конце и молекулу гасителя на другом конце. В свободном состоянии в растворе зонд складывается в шпилечную структуру (под контролем самокомплементарных участков), в которой гаситель расположен в достаточно близком от флуорофора положении для гашения его флуоресцентного сигнала. При гибридизации со своей целевой нуклеиновой кислотой шпилька раскрывается, тем самым отделяя флуорофор и гаситель и прекращая флуоресцентный сигнал.In recent years, new classes of probes have been invented that can be used, for example, to detect in real time the amplicons generated in target amplification reactions. One such class of probes has been called "molecular buoys" ("Molecular Beacons"). These probes are synthesized as partially self-complementary oligonucleotides, including a fluorophore at one end and a quencher molecule at the other end. In the free state in the solution, the probe is folded into a hairpin structure (under the control of self-complementary sites), in which the absorber is located in a position sufficiently close to the fluorophore to quench its fluorescent signal. Upon hybridization with its target nucleic acid, the hairpin opens, thereby separating the fluorophore and quencher and terminating the fluorescent signal.
Другой класс зондов был назван «Такман-зонды» ("Taqman probes"). Указанные зонды также включают флуорофор и молекулу гасителя. Однако, в отличие от молекулярных буев, способность гасителей гасить флуоресцентный сигнал от флуорофора поддерживается после гибридизации зонда с его целевой последовательностью. Вместо этого флуоресцентный сигнал генерируется после гибридизации при физическом разъединении гасителя или флуорофора и зонда с помощью 5'-экзонуклеазной активности полимеразы, которая инициирует синтез праймера, расположенного в 5'-направлении к сайту связывания Taqman-зонда.Another class of probes was called "Taqman probes". These probes also include a fluorophore and a quencher molecule. However, unlike molecular buoys, the ability of absorbers to damp the fluorescent signal from the fluorophore is maintained after the probe hybridizes with its target sequence. Instead, the fluorescence signal is generated after hybridization by physically separating the quencher or fluorophore and probe using the 5'-exonuclease activity of the polymerase, which initiates the synthesis of a primer located in the 5'-direction to the Taqman probe binding site.
Высокая аффинность к целевому сайту является важной особенностью обоих типов зондов, и следовательно, такие зонды имеют тенденцию к сравнительно большим размерам (в типичном случае от 30 до 40 мер). В результате этого возникают существенные проблемы при производстве высококачественных зондов. В этой связи в предпочтительном варианте реализации изобретения ЗНК используют для улучшения образования и последующего функционирования таких Taqman-зондов и молекулярных буев за счет снижения их размера при сохранении требуемой аффинности.High affinity for the target site is an important feature of both types of probes, and therefore, such probes tend to be relatively large (typically from 30 to 40 measures). As a result of this, significant problems arise in the production of high-quality probes. In this regard, in a preferred embodiment of the invention, ZNKs are used to improve the formation and subsequent functioning of such Taqman probes and molecular buoys by reducing their size while maintaining the required affinity.
В еще одном аспекте L-рибо-ЗНК используют для конструирования новых аффинных пар (полностью или частично модифицированных олигонуклеотидов). Константы аффинности могут быть легко скорректированы в широком диапазоне, и может быть разработано и синтезировано большое множество аффинных пар. При этом одна часть аффинных пар может быть присоединена к рассматриваемой молекуле (например, к белкам, ампликонам, ферментам, полисахаридам, антителам, гаптенам, пептидам, ПНК и др.) с использованием стандартных методов, тогда как другая часть аффинных пар может быть присоединена, например, к твердой подложке, такой как шарики, мембраны, микротитрационные планшеты, стержни, трубочки и др. Твердая подложка может быть выбрана из широкого диапазона полимерных материалов, таких как, например, полипропилен, полистирол, поликарбонат или полиэтилен. Аффинные пары могут использоваться при селективном выделении, очистке, захвате и обнаружении множества различных указанных выше целевых молекул.In yet another aspect, L-ribo-LNAs are used to construct novel affinity pairs (fully or partially modified oligonucleotides). Affinity constants can be easily adjusted over a wide range, and a large number of affinity pairs can be developed and synthesized. In this case, one part of affinity pairs can be attached to the molecule in question (for example, proteins, amplicons, enzymes, polysaccharides, antibodies, haptens, peptides, PNAs, etc.) using standard methods, while the other part of affinity pairs can be attached, for example, to a solid substrate, such as balls, membranes, microtiter plates, rods, tubes, etc. The solid substrate can be selected from a wide range of polymeric materials, such as, for example, polypropylene, polystyrene, polycarbonate or polyethylene en. Affinity pairs can be used in the selective isolation, purification, capture and detection of many different target molecules mentioned above.
Принцип захвата L-рибо-ЗНК-меченой молекулы через взаимодействие с другим комплементарным L-рибо-ЗНК олигонуклеотидом (либо полностью, либо частично модифицированным) может использоваться для создания бесконечного множества новых аффинных пар.The principle of capture of an L-ribo-LNA-labeled molecule through interaction with another complementary L-ribo-LNA oligonucleotide (either fully or partially modified) can be used to create an infinite number of new affinity pairs.
В другом предпочтительном варианте реализации изобретения высокая аффинность и специфичность L-рибо-ЗНК-модифицированных олигонуклеотидов используется при конструировании зондов, используемых для гибридизации in situ. Так, например, L-рибо-ЗНК могут использоваться для снижения размера традиционных зондов ДНК при поддержании нужной аффинности посредством повышения кинетики зонда и его способности проникать в образец.In another preferred embodiment of the invention, the high affinity and specificity of L-ribo-ZNA-modified oligonucleotides is used in the construction of probes used for in situ hybridization. So, for example, L-ribo-ZNA can be used to reduce the size of traditional DNA probes while maintaining the desired affinity by increasing the kinetics of the probe and its ability to penetrate into the sample.
ОчисткаCleaning
В еще одном варианте реализации настоящее изобретение относится к использованию L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов, в особенности α-L-рибо-ЗНК олигонуклеотидов, в процедурах очистки, специфичных для РНК. Методы, традиционно применяемые для выделения нуклеиновых кислот из прокариотических клеток, эукариотических клеток или комплекса биологических образцов, включают использование органических растворителей, таких как фенол и хлороформ. При этом выделение нуклеиновых кислот в типичном случае начинают с энзиматического расщепления образца протеазами с последующим лизисом клетки с помощью ионных детергентов и затем проводят экстракцию фенолом и/или сочетанием фенола/хлороформа. Далее разделяют органическую и водную фазы, и нуклеиновые кислоты, вошедшие в водную фазу, осаждают спиртом. Однако фенол или смесь фенол/хлороформ разрушительно действуют на кожу человека и относятся к вредным веществам, работать с которыми нужно очень аккуратно и соответствующим образом обращаться с отходами. Кроме того, стандартные методы экстракции с использованием методов фенол/хлороформного выделения приводят к получению смеси РНК и ДНК. В этой связи при проведении выделения нуклеиновых кислот было бы выгодно использовать способность α-L-рибо-ЗНК к различению РНК и ДНК, что позволит получать образцы чистой РНК.In yet another embodiment, the present invention relates to the use of L-ribo-LNA oligonucleotides, in particular α-L-ribo-LNA oligonucleotides, in purification procedures specific for RNA. Methods conventionally used to isolate nucleic acids from prokaryotic cells, eukaryotic cells, or a complex of biological samples include the use of organic solvents such as phenol and chloroform. In this case, nucleic acid isolation typically starts with enzymatic cleavage of the sample with proteases, followed by lysis of the cell with ionic detergents, and then extraction with phenol and / or phenol / chloroform is carried out. The organic and aqueous phases are further separated, and the nucleic acids that have entered the aqueous phase are precipitated with alcohol. However, phenol or a phenol / chloroform mixture has a destructive effect on human skin and is a hazardous substance that must be handled very carefully and appropriately. In addition, standard extraction methods using phenol / chloroform isolation methods produce a mixture of RNA and DNA. In this regard, when carrying out the isolation of nucleic acids, it would be advantageous to use the ability of α-L-ribo-ZNA to distinguish between RNA and DNA, which will allow obtaining samples of pure RNA.
НаборыSets
Настоящее изобретение также относится к набору для выделения, очистки, амплификации, обнаружения, идентификации, количественного определения или захвата природных или синтетических нуклеиновых кислот, причем указанный набор включает реакционную подложку и один или более L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов (олигомер), определенных в настоящем описании. L-рибо-ЗНК модифицированные олигонуклеотиды предпочтительно иммобилизуются на указанной реакционной подложке.The present invention also relates to a kit for the isolation, purification, amplification, detection, identification, quantification or capture of natural or synthetic nucleic acids, said kit comprising a reaction substrate and one or more L-ribo-ZNA modified oligonucleotides (oligomer) as defined in the present description. L-ribo-ZNA modified oligonucleotides are preferably immobilized on said reaction substrate.
Настоящее изобретение также относится к набору для выделения, очистки, амплификации, обнаружения, идентификации, количественного определения или захвата природных или синтетических нуклеиновых кислот, причем указанный набор включает реакционную подложку и один или более L-рибо-ЗНК, определенных в настоящем описании. L-рибо-ЗНК предпочтительно иммобилизуются на указанных реакционных подложках (например, с использованием описанных выше методов иммобилизации).The present invention also relates to a kit for the isolation, purification, amplification, detection, identification, quantification or capture of natural or synthetic nucleic acids, said kit comprising a reaction substrate and one or more L-ribo-ZNAs as defined herein. L-ribo-ZNAs are preferably immobilized on said reaction substrates (for example, using the immobilization methods described above).
В наборах согласно настоящему изобретению реакционная подложка представляет собой предпочтительно материал твердой подложки, например, выбираемый из боросиликатного стекла, натриево-известкового стекла, полистирола, поликарбоната, полипропилена, полиэтилена, полиэтиленгликоль-терефталата, поливинилацетата, поливинилпирролидинона, полиметилметакрилата и поливинилхлорида, предпочтительно полистирола и поликарбоната. Реакционная подложка может иметь вид трубки для образца, флакона, пластинки, листа, пленки, шарика, мелкого шарика, диска, пластины, кольца, стержня, сети, фильтра, подноса, микротитрационного планшета, палочки или палочки с множеством лезвий.In the kits of the present invention, the reaction support is preferably a solid support material, for example selected from borosilicate glass, soda-lime glass, polystyrene, polycarbonate, polypropylene, polyethylene, polyethylene glycol terephthalate, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidinone, polymethyl methacrylate, and polyvinyl chloride . The reaction substrate may take the form of a tube for a sample, vial, plate, sheet, film, ball, small ball, disk, plate, ring, rod, network, filter, tray, microtiter plate, stick or stick with many blades.
Наборы в типичном случае сопровождаются вкладышем с инструкцией, в которой указываются оптимальные условия использования набора.Kits are typically accompanied by an insert with instructions that indicate the optimal conditions for using the kit.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬEXPERIMENTAL PART
Общие указанияGeneral directions
Реакции проводят в атмосфере азота в том случае, когда используются безводные растворители. Колоночную хроматографию проводят на стеклянных колонках с силикагелем 60 (0,040-0,063 мм). После колоночной хроматографии фракции, содержащие продукт, объединяют, выпаривают досуха при пониженном давлении и высушивают в вакууме с получением продукта. После высушивания органических фаз с помощью Na2SO4 проводят фильтрование. Используют петролейный эфир в диапазоне перегонки 60-80°С. Значения химических сдвигов δ выражают количеством частей на миллион (ррт) относительно тетраметилсилана, используемого в качестве внутреннего стандарта (1Н и 13С ЯМР), и относительно 85° Н3РО4 (31Р ЯМР). Микроанализы проводят в лаборатории микроанализа отделения химии Копенгагенского Университета (The Microanalytical Laboratory, Department of Chemistry, University of Copenhagen).The reactions are carried out in a nitrogen atmosphere when anhydrous solvents are used. Column chromatography was performed on glass columns with silica gel 60 (0.040-0.063 mm). After column chromatography, the fractions containing the product were combined, evaporated to dryness under reduced pressure and dried in vacuo to give the product. After drying the organic phases with Na 2 SO 4 , filtering is carried out. Use petroleum ether in the distillation range of 60-80 ° C. Chemical shifts δ are expressed as parts per million (ppm) relative to tetramethylsilane used as the internal standard ( 1 H and 13 C NMR) and relative to 85 ° H 3 PO 4 ( 31 P NMR). Microanalyses are performed at the Microanalytical Laboratory, Department of Chemistry, University of Copenhagen, in the microanalysis laboratory of the chemistry department of the University of Copenhagen.
Приведенные ниже конкретные описания сопровождаются фиг.1-4 и таблицами 1-3.The following specific descriptions are accompanied by figures 1-4 and tables 1-3.
Получение L-рибо-ЗНК мономеровObtaining L-ribo-ZNA monomers
Пример 1Example 1
5-O-бензоил-4-С-бензоилоксиметил-3-O-бензил-1,2-O-изопропилиден-α-D-глюкофураноза (2)5-O-benzoyl-4-C-benzoyloxymethyl-3-O-benzyl-1,2-O-isopropylidene-α-D-glucofuranose (2)
К перемешиваемому на льду охлажденному раствору 3-О-бензил-4-С-гидроксиметил-1,2-изопропилиден-α-D-глюкофуранозы (1) (5,00 г; 0,016 моль) в безводном пиридине (60 см3) добавляют бензоилхлорид (4,1 см3; 0,035 моль). После перемешивания при комнатной температуре в течение 4 часов реакционную смесь охлаждают до 0°С, добавляют Н2O (50 см3) и смесь экстрагируют дихлорметаном (100 см3 ×3). Объединенную органическую фазу промывают насыщенными водными растворами гидрокарбоната натрия (30 см3 ×3) и соли (20 см3 ×3), высушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента вначале смеси петролейный эфир/дихлорметан (1:1, объем/объем) и затем смеси дихлорметан/метанол (99:1, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей при пониженном давлении фуранозы 2 (7,50 г; 90°) в виде желтоватого масла.To an ice-cooled solution of 3-O-benzyl-4-C-hydroxymethyl-1,2-isopropylidene-α-D-glucofuranose (1) (5.00 g; 0.016 mol) in anhydrous pyridine (60 cm 3 ) was added benzoyl chloride (4.1 cm 3 ; 0.035 mol). After stirring at room temperature for 4 hours, the reaction mixture was cooled to 0 ° C, H 2 O (50 cm 3 ) was added and the mixture was extracted with dichloromethane (100 cm 3 × 3). The combined organic phase was washed with saturated aqueous solutions of sodium bicarbonate (30 cm 3 × 3) and salt (20 cm 3 × 3), dried (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography, using, first, petroleum ether / dichloromethane (1: 1, vol / vol) and then dichloromethane / methanol (99: 1, vol / vol) to obtain, after evaporation of the solvents under reduced pressure furanose 2 (7.50 g; 90 °) as a yellowish oil.
δH (CDCl3) 8,02-7,23 (15Н, м), 6,08 (1Н, д, J 4,2), 4,81-4,50 (7Н, м), 4,22 (1H, д, J 1,0), 1,59 (ЗН, с), 1,37 (3Н, с).δ H (CDCl 3 ) 8.02-7.23 (15H, m), 6.08 (1H, d, J 4.2), 4.81-4.50 (7H, m), 4.22 ( 1H, d, J 1.0), 1.59 (3H, s), 1.37 (3H, s).
δc (CDCl3) 166,1, 165,8, 136,7, 133,1, 133,0, 129,9, 129,7, 129,6, 129,5, 128,5, 128,4, 128,3, 128,0, 127,9, 113,3, 105,4, 86,4, 85,1, 83,8, 72,3, 64,3, 63,8, 27,0, 26,4. FAB-MS m/z 521 [М+Н]+. Найдено (%) С, 69,1; Н, 5,9; С30Н22О8, расчет С, 69,2; Н, 6,2.δ c (CDCl 3 ) 166.1, 165.8, 136.7, 133.1, 133.0, 129.9, 129.7, 129.6, 129.5, 128.5, 128.4, 128.3, 128.0, 127.9, 113.3, 105.4, 86.4, 85.1, 83.8, 72.3, 64.3, 63.8, 27.0, 26, 4. FAB-MS m / z 521 [M + H] + . Found (%) C, 69.1; H, 5.9; C 30 H 22 O 8 , calculation C, 69.2; H, 6.2.
Пример 2Example 2
5-O-бензоил-4-С-бензоилоксиметил-3-O-бензил-1,2-ди-О-ацетил-Р-глюкофураноза (3)5-O-benzoyl-4-C-benzoyloxymethyl-3-O-benzyl-1,2-di-O-acetyl-P-glucofuranose (3)
Раствор фуранозы 2 (7,40 г; 0,014 моль) в 80% уксусной кислоте (60 см3) перемешивают в течение 9 часов при 90°С. Смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток выпаривают совместно с толуолом (10 см3 ×3) и растворяют в безводном пиридине (80 см3). Добавляют уксусный ангидрид (5,5 см3) и раствор перемешивают в течение 46 часов при комнатной температуре. Смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток выпаривают совместно с толуолом (10 см3 ×3) и растворяют в дихлорметане (150 см3). Раствор промывают насыщенными водными растворами гидрокарбоната натрия (30 см3 ×3) и соли (30 см3 ×3), высушивают (Na2SO4) и концентрируют при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента вначале смеси петролейный эфир/дихлорметан (1:1; объем/объем) и затем смеси дихлорметан/щетанол (99:1; объем/объем) с получением после выпаривания растворителей при пониженном давлении аномерной смеси 3 (α:β=3:1; 7,33 г; 92%) в виде прозрачного масла. Указанное масло используют на следующей стадии без дополнительной очистки.A solution of furanose 2 (7.40 g; 0.014 mol) in 80% acetic acid (60 cm 3 ) was stirred for 9 hours at 90 ° C. The mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, and the residue was evaporated together with toluene (10 cm 3 × 3) and dissolved in anhydrous pyridine (80 cm 3 ). Acetic anhydride (5.5 cm 3 ) was added and the solution was stirred for 46 hours at room temperature. The mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, and the residue was evaporated together with toluene (10 cm 3 × 3) and dissolved in dichloromethane (150 cm 3 ). The solution was washed with saturated aqueous solutions of sodium bicarbonate (30 cm 3 × 3) and salt (30 cm 3 × 3), dried (Na 2 SO 4 ) and concentrated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using, first, petroleum ether / dichloromethane (1: 1; vol / vol) and then dichloromethane / bristhanol (99: 1; vol / vol) to obtain, after evaporation of the solvents under reduced pressure anomer mixture 3 (α: β = 3: 1; 7.33 g; 92%) as a clear oil. The specified oil is used in the next step without further purification.
δс (CDCl3) 169,4, 169,0, 165,8, 165,6, 137,0, 133,2, 133,1, 133,0, 129,6, 129,5, 129,2, 128,3, 127,8, 127,7, 127,4, 99,4, 92,3, 87,0, 83,2, 82,2, 80,7, 77,4, 76,9, 76,3, 73,2, 72,4, 20,9, 20,8, 20,6, 20,3. FAB-MS m/z 562 [М]+.δ s (CDCl 3 ) 169.4, 169.0, 165.8, 165.6, 137.0, 133.2, 133.1, 133.0, 129.6, 129.5, 129.2, 128.3, 127.8, 127.7, 127.4, 99.4, 92.3, 87.0, 83.2, 82.2, 80.7, 77.4, 76.9, 76, 3, 73.2, 72.4, 20.9, 20.8, 20.6, 20.3. FAB-MS m / z 562 [M] + .
Пример 3Example 3
1-(2-O-ацетил-5-O-бензоил-4-С-бензоилоксиметил-3-O-бензил-β-D-ксилофуранозил)тимин (4)1- (2-O-acetyl-5-O-benzoyl-4-C-benzoyloxymethyl-3-O-benzyl-β-D-xylofuranosyl) thymine (4)
К перемешиваемой суспензии аномерной смеси 3 (7,26 г; 0,013 моль) и тимина (3,25 г; 0,028 моль) в безводном ацетонитриле (80 см3) добавляют N,O-бис(триметилсилил)ацетамид (19,1 см3; 0,077 моль). Реакционную смесь перемешивают при 60°С в течение 1 часа и затем охлаждают до 0°С. Добавляют по каплям в течение 10 минут триметилсилилтрифлат (4,1 см3; 0,023 моль) и смесь впоследствии нагревают в течение 22 часов при температуре кипения с обратным холодильником. После охлаждения до комнатной температуры добавляют насыщенный водный раствор гидрокарбоната натрия (30 см3) и проводят экстракцию дихлорметаном (100 см3 ×3). Объединенную органическую фазу промывают насыщенными водными растворами гидрокарбоната натрия (30 см3 ×3) и соли (50 см3 ×3), высушивают (Na2SO4) и концентрируют при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол (0,5-2,0% метанол, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей при пониженном давлении нуклеозида 4 (6,88 г; 85%) в виде белого твердого материала.To a stirred suspension of an anomeric mixture of 3 (7.26 g; 0.013 mol) and thymine (3.25 g; 0.028 mol) in anhydrous acetonitrile (80 cm 3 ) add N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide (19.1 cm 3 ; 0.077 mol). The reaction mixture was stirred at 60 ° C for 1 hour and then cooled to 0 ° C. Trimethylsilyl triflate (4.1 cm 3 ; 0.023 mol) was added dropwise over 10 minutes and the mixture was subsequently heated for 22 hours at reflux temperature. After cooling to room temperature, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution (30 cm 3 ) was added and extraction was carried out with dichloromethane (100 cm 3 × 3). The combined organic phase is washed with saturated aqueous solutions of sodium bicarbonate (30 cm 3 × 3) and salt (50 cm 3 × 3), dried (Na 2 SO 4 ) and concentrated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using a dichloromethane / methanol mixture (0.5-2.0% methanol, vol / vol) as eluent to obtain, after evaporation of the solvents under reduced pressure, nucleoside 4 (6.88 g; 85%) in the form of a white solid material.
δH (CDCl3) 8,97 (1Н, шир. с), 8,04-7,23 (16Н, м), 6,37 (1Н, д, J 3,6), 5,42 (1Н, т, J 3,1), 4,89-4,56 (6Н, м), 4,22 (1Н, д, J 2,6), 2,13 (3Н, с), 1,74 (1Н, д, J 0,8). δ H (CDCl 3 ) 8.97 (1H, br s), 8.04-7.23 (16H, m), 6.37 (1H, d, J 3.6), 5.42 (1H, t, J 3.1), 4.89-4.56 (6H, m), 4.22 (1H, d, J 2.6), 2.13 (3H, s), 1.74 (1H, d, J 0.8).
δc (CDCl3) 169,9, 166,0, 165,7, 163,4, 150,4, 136,2, 135,2, 133,5, 133,4, 129,8, 129,7, 129,6, 129,5, 129,0, 128,6, 128,4, 128,2, 112,0, 87,4, 86,0, 81,3, 80,3, 72,6, 63,1, 62,9, 20,8, 12,3. FAB-MS m/z 629 [М+Н]+. Найдено (%) С, 64,4; Н, 4,9; N, 4,4; C34H32N2O10,25H2O, расчет С, 64,5; Н, 5,1; N, 4,4.δ c (CDCl 3 ) 169.9, 166.0, 165.7, 163.4, 150.4, 136.2, 135.2, 133.5, 133.4, 129.8, 129.7, 129.6, 129.5, 129.0, 128.6, 128.4, 128.2, 112.0, 87.4, 86.0, 81.3, 80.3, 72.6, 63, 1, 62.9, 20.8, 12.3. FAB-MS m / z 629 [M + H] + . Found (%) C, 64.4; H, 4.9; N, 4.4; C 34 H 32 N 2 O 10 , 25H 2 O, Calcd. C, 64.5; H, 5.1; N, 4.4.
Пример 4Example 4
1-(3-O-бензил-4-С-гидроксиметил-β-D-ксилофуранозил)тимин (5)1- (3-O-benzyl-4-C-hydroxymethyl-β-D-xylofuranosyl) thymine (5)
К перемешиваемому раствору нуклеозида 4 (9,00 г; 0,014 моль) в метаноле (130 см3) добавляют метоксид натрия (3,87 г; 0,0716 моль). Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 4 часов и затем нейтрализуют разбавленной соляной кислотой. Смесь выпаривают досуха при пониженном давлении с проведением впоследствии совместного выпаривания с толуолом (15 см3 ×3). Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол (4-15% метанол, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей при пониженном давлении нуклеозидного триола 5 (4,82 г; 89%) в виде белого твердого материала.To a stirred solution of nucleoside 4 (9.00 g; 0.014 mol) in methanol (130 cm 3 ) was added sodium methoxide (3.87 g; 0.0716 mol). The reaction mixture was stirred at room temperature for 4 hours and then neutralized with dilute hydrochloric acid. The mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, followed by coevaporation with toluene (15 cm 3 × 3). The residue was purified by silica gel column chromatography using a dichloromethane / methanol mixture (4-15% methanol, vol / vol) as eluent to obtain, after evaporation of the solvents under reduced pressure, nucleoside triol 5 (4.82 g; 89%) as white solid material.
δH (CD3OD) 7,89 (1Н, д, J 1,2), 7,40-7,24 (5Н, м), 5,97 (1Н, д, J 6,2), 4,83-4,65 (2Н, м), 4,53 (1H, т, J 6,2), 4,21 (1Н, д, J 6,2), 3,84 (1H, д, J 12,0), 3,63 (1H, д, J 12,0), 3,59 (2Н, д, J 2,6), 1,82 (1H, д, J 1,1). δс (CD3OD) 164,4, 150,9, 137,5, 136,6, 127,5, 127,0, 126,9, 109,8, 86,7, 86,4, 82,8, 78,0, 72,1, 62,3, 61,1, 10,5 (CH,). FAB-MS m/z 379 [М+Н]+. Найдено (%) С, 56,2; Н, 6,0; N, 7,0; С18H22N2O7, 0,25Н2О расчет С, 56,5; Н, 5,9; N, 7,3.δ H (CD 3 OD) 7.89 (1H, d, J 1.2), 7.40-7.24 (5H, m), 5.97 (1H, d, J 6.2), 4, 83-4.65 (2H, m), 4.53 (1H, t, J 6.2), 4.21 (1H, d, J 6.2), 3.84 (1H, d,
Пример 5Example 5
1-(3-О-бензил-4-С-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-(3-D-ксилофуранозил)тимин (6)1- (3-O-benzyl-4-C- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) - (3-D-xylofuranosyl) thymine (6)
К раствору нуклеозида 1-(3-О-бензил-4-С-гидроксиметил-β-D-ксилофуранозил)тимина 5 (5,38 г; 14,2 ммоль) в безводном тетрагидрофуране (400 см3) добавляют AgNO3 (2,66 г, 15,7 ммоль) и затем безводный пиридин (5,7 см3) и 4,4'-диметокситритилхлорид (5,30 г, 15,6 ммоль). Смесь перемешивают в темноте в атмосфере азота в течение 18 часов при комнатной температуре. Далее реакцию гасят добавлением насыщенного водного раствора гидрокарбоната натрия (10 см3) и полученную смесь экстрагируют дихлорметаном. Объединенную органическую фазу выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток выпаривают совместно с толуолом и затем очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол/пиридин (0,5% метанол, 0,5% пиридин, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей нуклеозида 6 (3,13 г; 31%) в виде белой пены.To a solution of 1- (3-O-benzyl-4-C-hydroxymethyl-β-D-xylofuranosyl)
δс ((CD)2SO) 164,1 (С-4), 158,4, 145,1, 138,5, 137,0, 135,9, 135,7, 130,1, 130,1, 129,2, 128,5, 128,5, 128,2, 128,1, 127,7, 127,6, 127,0, 125,7, 113,5 (DMT, бензил, С-6), 151,4 (С-2), 110,1 (С-5), 85,8, 85,2, 84,6, 83,5 (С-1', С-3', С-4', DMT), 76,8 (С-2'), 72,3 (CH2Ph), 65,2 (С-5''), 62,1 (С-5'), 55,4 (2× СН3O), 12, 6 (5-СН3).δ s ((CD) 2 SO) 164.1 (C-4), 158.4, 145.1, 138.5, 137.0, 135.9, 135.7, 130.1, 130.1, 129.2, 128.5, 128.5, 128.2, 128.1, 127.7, 127.6, 127.0, 125.7, 113.5 (DMT, benzyl, C-6), 151 4 (C-2), 110.1 (C-5), 85.8, 85.2, 84.6, 83.5 (C-1 ', C-3', C-4 ', DMT) , 76.8 (C-2 '), 72.3 (CH 2 Ph), 65.2 (C-5''), 62.1 (C-5'), 55.4 (2 × CH 3 O ), 12, 6 (5-CH 3 ).
Пример 6Example 6
1-(3-О-бензил-4-С-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-2,5-ди-O-(п-толуолсульфонил)-β-D-ксилофуранозил)тимин (7)1- (3-O-benzyl-4-C- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -2,5-di-O- (p-toluenesulfonyl) -β-D-xylofuranosyl) thymine (7)
К раствору нуклеозида 6 (2,79 г; 3,9 ммоль) в безводном пиридине (50 см3) добавляют каталитическое количество 4-(N,N-диметиламино)пиридина и п-толуолсульфонилхлорид (6,50 г; 34 ммоль). Реакционную смесь перемешивают в течение 24 часов при комнатной температуре в атмосфере азота. Реакцию гасят добавлением насыщенного водного раствора гидрокарбоната натрия (100 см3) и полученную смесь экстрагируют дихлорметаном. Объединенную органическую фазу промывают насыщенными водными растворами гидрокарбоната натрия (3×75 см3) и хлорида натрия (2×75 см3). Далее отделенную органическую фазу вьгушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол/пиридин (0,5% метанол; 0,5% пиридин; объем/объем ) с получением после выпаривания растворителей нуклеозида 7 (2,40 г; 62%) в виде желтой пены.To a solution of nucleoside 6 (2.79 g; 3.9 mmol) in anhydrous pyridine (50 cm 3 ) was added a catalytic amount of 4- (N, N-dimethylamino) pyridine and p-toluenesulfonyl chloride (6.50 g; 34 mmol). The reaction mixture was stirred for 24 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere. The reaction was quenched by the addition of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution (100 cm 3 ) and the resulting mixture was extracted with dichloromethane. The combined organic phase is washed with saturated aqueous solutions of sodium bicarbonate (3 × 75 cm 3 ) and sodium chloride (2 × 75 cm 3 ). Next, the separated organic phase is evaporated (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using dichloromethane / methanol / pyridine (0.5% methanol; 0.5% pyridine; vol / vol) as eluent to obtain nucleoside 7 (2.40 g; 62%) after evaporation of the solvents ) in the form of a yellow foam.
δc ((CD3)2SO) 163,2 (С-4), 158,2, 145,9, 145,1, 144,3, 136,8, 135,0, 134,9, 134,8, 131,8, 131,6, 130,2, 130,0, 129,7, 128,2, 127,9, 127,8, 127,6, 127,5, 127,5, 127,4, 126,8, 113,3 (DMT, C-6, 2× Ts, бензил), 150,2 (С-2), 110,8 (С-5), 95,0, 86,2 (DMT, С-4'), 82,2, 81,9, (С-1', С-2'), 81,2 (С-3'), 72,9 (CH2Ph), 79 (С-5''), 64 (С-5'), 55,1 (2× СН3O), 21,2, 21,2 (2× СН3), 12,0 (5-СН3).δ c ((CD 3 ) 2 SO) 163.2 (C-4), 158.2, 145.9, 145.1, 144.3, 136.8, 135.0, 134.9, 134.8 , 131.8, 131.6, 130.2, 130.0, 129.7, 128.2, 127.9, 127.8, 127.6, 127.5, 127.5, 127.4, 126 8, 113.3 (DMT, C-6, 2 × Ts, benzyl), 150.2 (C-2), 110.8 (C-5), 95.0, 86.2 (DMT, C- 4 '), 82.2, 81.9, (C-1', C-2 '), 81.2 (C-3'), 72.9 (CH 2 Ph), 79 (C-5 '' ), 64 (C-5 '), 55.1 (2 × CH 3 O), 21.2, 21.2 (2 × CH 3 ), 12.0 (5-CH 3 ).
Пример 7Example 7
(1R,3R,4S,7R)-7-бензилокси-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (8)(1R, 3R, 4S, 7R) -7-benzyloxy-1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane (8)
К раствору нуклеоэида 7 (3,87 г, 3,92 ммоль) в смеси этанола и Н2O (1:1, объем/объем) добавляют водный раствор NaOH (2М, 8 см3). Смесь нагревают при температуре кипения с обратным холодильником в течение 24 часов и после охлаждения экстрагируют дихлорметаном. Объединенную органическую фазу промывают насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия (2×75 см3) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол/ пиридин (0,5% метанол; 0,5% пиридин, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей нуклеозида 8 (2,10 г, 81%) в виде белой пены.An aqueous solution of NaOH (2M, 8 cm 3 ) was added to a solution of nucleoide 7 (3.87 g, 3.92 mmol) in a mixture of ethanol and H 2 O (1: 1, v / v). The mixture was heated at reflux for 24 hours and, after cooling, it was extracted with dichloromethane. The combined organic phase was washed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate (2 × 75 cm 3 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using a dichloromethane / methanol / pyridine mixture (0.5% methanol; 0.5% pyridine, vol / vol) as eluent to obtain nucleoside 8 (2.10 g, 81%) after evaporation of the solvents ) in the form of a white foam.
δc ((CD3)2SO) 163,8 (С-4), 158,2, 158,1, 144,7, 137,7, 135,9, 135,2, 135,1, 129,8, 129,7, 128,3, 127,9, 127,7, 127,7, 127,4, 126,7, 113,35 (DMT, бензил, С-6), 150,3 (С-2), 108,1 (С-5), 88,4, 85,5 (С-4', DMT), 86,4 (С-1'), 79,5 (С-2' ), 76,3 (С-3'), '72,6 (С-5'), 71,2 (CH3Ph), 58,9 (С-5''), 55,1 (2× СН3О), 12,4 (5-СН3).δ c ((CD 3 ) 2 SO) 163.8 (C-4), 158.2, 158.1, 144.7, 137.7, 135.9, 135.2, 135.1, 129.8 , 129.7, 128.3, 127.9, 127.7, 127.7, 127.4, 126.7, 113.35 (DMT, benzyl, C-6), 150.3 (C-2) , 108.1 (C-5), 88.4, 85.5 (C-4 ', DMT), 86.4 (C-1'), 79.5 (C-2 '), 76.3 ( C-3 '), '72, 6 (C-5'), 71.2 (CH 3 Ph), 58.9 (C-5 ''), 55.1 (2 × CH 3 O), 12, 4 (5-CH 3 ).
Пример 8Example 8
(1R,3R,4S,7R)-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-7-гидрокси-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (9)(1R, 3R, 4S, 7R) -1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -7-hydroxy-3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane (9)
К раствору нуклеозида 8 (1,09 г, 1,65 ммоль) в метаноле (30 см3) добавляют формиат аммония (0,33 г, 5,29 ммоль). Затем к смеси добавляют каталитическое количество Pd/C, суспендированного в метаноле (10 см3), и смесь нагревают в течение 2 часов при температуре кипения с обратным холодильником. После охлаждения до комнатной температуры смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол/пиридин (2% метанол, 0,5% пиридин, объем/объем) с получением после выпаривания растворителей нуклеозида 9 (0,76 г, 80%) в виде белого твердого материла.Ammonium formate (0.33 g, 5.29 mmol) was added to a solution of nucleoside 8 (1.09 g, 1.65 mmol) in methanol (30 cm 3 ). Then, a catalytic amount of Pd / C suspended in methanol (10 cm 3 ) was added to the mixture, and the mixture was heated for 2 hours at reflux temperature. After cooling to room temperature, the mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography using a dichloromethane / methanol / pyridine mixture (2% methanol, 0.5% pyridine, v / v) as an eluent, to give solvents after evaporation nucleoside 9 (0.76 g, 80%) as a white solid.
δc ((CD3)2SO) 163,9 (С-4), 158,2, 144,8, 135,8, 135,4, 135,3, 129,8, 127,9, 127,7, 126,8, 113,3 (DMT, C-6), 150,4 (С-2), 108,0 (С-5), 89,2, 85,4 (С-4', DMT), 86,4 (С-1'), 78,9 (С-2'), 72,9 (С-3'), 72,3 (С-5'), 59,9 (С-5''), 55,1 (2× СН3O), 12,5 (5-СН3).δ c ((CD 3 ) 2 SO) 163.9 (C-4), 158.2, 144.8, 135.8, 135.4, 135.3, 129.8, 127.9, 127.7 , 126.8, 113.3 (DMT, C-6), 150.4 (C-2), 108.0 (C-5), 89.2, 85.4 (C-4 ', DMT), 86.4 (C-1 '), 78.9 (C-2'), 72.9 (C-3 '), 72.3 (C-5'), 59.9 (C-5 '') 55.1 (2 × CH 3 O); 12.5 (5-CH 3 ).
Пример 9Example 9
(1R,3R,4S,7R)-7-(2-цианоэтокси(диизопропиламино)фосфинокси)-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил)-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (10)(1R, 3R, 4S, 7R) -7- (2-cyanoethoxy (diisopropylamino) phosphinoxy) -1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl) -3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2 .1] heptane (10)
К раствору нуклеозида 9 (420 г, 0,73 ммоль) в безводном дихлорметане (4 см3) добавляют N,N-диизопропилэтиламин (0,4 см3) и 2-цианоэтил N,N-диизопропилфосфорамидохлоридит (0,4 см3). Смесь перемешивают в темноте в атмосфере азота в течение 18 часов при комнатной температуре. Затем реакцию гасят добавлением метанола и смесь разбавляют этилацетатом (10 см3), промывают насыщенными водными растворами гидрокарбоната натрия (3×10 см3) и хлорида натрия (2×10 см3) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток выпаривают совместно с безводным ацетонитрилом и очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси петролейный эфир/этилацетат/пиридин (30-40% этилацетат, 0,2% пиридин, объем/объем) с получением масла. Указанное масло растворяют в дихлорметане (1 см3) и продукт осаждают из петролейного эфира (20 см3) при -40°С при интенсивном перемешивании. Осадок собирают фильтрованием и выпаривают совместно с безводным ацетонитрилом с получением нуклеозида 10 (117 мг, 21%) в виде белой пены. δp (СН3CN) 149,9, 149,3.To a solution of nucleoside 9 (420 g, 0.73 mmol) in anhydrous dichloromethane (4 cm 3 ) was added N, N-diisopropylethylamine (0.4 cm 3 ) and 2-cyanoethyl N, N-diisopropylphosphoramidochloridite (0.4 cm 3 ) . The mixture was stirred in the dark under nitrogen for 18 hours at room temperature. The reaction was then quenched by the addition of methanol and the mixture was diluted with ethyl acetate (10 cm 3 ), washed with saturated aqueous solutions of sodium hydrogen carbonate (3 × 10 cm 3 ) and sodium chloride (2 × 10 cm 3 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was evaporated together with anhydrous acetonitrile and purified by silica gel column chromatography using petroleum ether / ethyl acetate / pyridine (30-40% ethyl acetate, 0.2% pyridine, vol / vol) to obtain an oil. The specified oil is dissolved in dichloromethane (1 cm 3 ) and the product precipitated from petroleum ether (20 cm 3 ) at -40 ° C with vigorous stirring. The precipitate was collected by filtration and evaporated together with anhydrous acetonitrile to give nucleoside 10 (117 mg, 21%) as a white foam. δ p (CH 3 CN) 149.9, 149.3.
Получение ЗНК олигонуклеогидовObtaining ZNA oligonucleogides
Пример 10Example 10
Синтенемодифицированных олигонуклеотидов и олигонуклеотидов, включающих L-рибо-ЗНК, полученные из фосфорамидита 10 (формула X).Synth-unmodified oligonucleotides and oligonucleotides, including L-ribo-ZNA, obtained from phosphoramidite 10 (formula X).
L-рибо-ЗНК и контрольные олигонуклеотиды получают на синтезаторе ДНК Biosearch 8750. Присоединение амидита 10 проводят «ручным связыванием» (предварительно перемешивают амидит и активатор с ацетонитрилом в шприце и затем пропускают через реакторную колонку со скоростью примерно два раза в минуту в течение всего времени связывания; используют твердые подложки CPG). Синтез L-рибо-ЗНК проводят с использованием пиридина гидрохлорида в качестве активатора (10-30-минутное связывание: выход амидита 10 при ступенчатом связывании составляет 96-99%). Немодифицированные 2-дезоксинуклеозид 2-цианоэтил N,N-диизопропилфосфорамидиты связывают с использованием стандартной ДНК-программы для синтезатора, за исключением того, что связывание сразу после Х мономера проводят в соответствии с РНК-программмой для синтезатора. После завершения формирования последовательностей и удаления защитных групп с помощью концентрированного аммиака в метаноле (32%, объем/объем, комнатная температура, 12 часов) из 5'-O-DMT-ON олигонуклеотидов с последующей очисткой с обращением фаз (при использовании коммерчески доступных сменяемых картриджей (Cruachem) и с включением в процедуру детритилирования) получают готовые олигомерные продукты. В случае всех немодифицированных олигонуклеотидов и L-рибо-ЗНК, включающего только один Х мономер, 5'-O-DMT группу удаляют на синтезаторе сразу после завершения образования последовательностей. Последующая обработка концентрированным аммиаком в метаноле (32%, объем/объем, 12 часов, 55°С) и осаждение этанолом дают олигомерные продукты. Для анализа чистоты синтезированных L-рибо-ЗНК используют капиллярный гель-электрофорез.L-ribo-ZNA and control oligonucleotides are obtained on a Biosearch 8750 DNA synthesizer.
Данные по гибридизацииHybridization Data
Пример 11Example 11
Термостабильность олигонуклеотидов, включающих Х мономер Thermostability of oligonucleotides including X monomer
Термостабильность L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов определяют спектрофотометрически с использованием спектрофотометра, снабженного терморегулирующим элементом Пелтиера (Pettier element). Готовят гибридизационные смеси объемом 1 мл с использованием среды, содержащей солевой буферный раствор (10 мМ Na2HPO4, pH 7,0, 100 мМ NaCl, 0,1 мМ ЭДТА) и эквимолярные (1 мкМ или 1,5 мкМ) количества различных L-рибо-ЗНК модифицированных олигонуклеотидов и их комплементарных ДНК или РНК олигонуклеотидов. В качестве контроля получают идентичные гибридизационные смеси, содержащие немодифицированные олигонуклеотиды. Записывают поглощение при 260 нм при линейном повышении температуры в диапазоне от 10 до 90°С (1°С/мин.). Значения температур плавления (величины Тпл) получают в виде максимального значения (+/-1°С) первой производной кривых плавления. В таблицах 1-3 суммированы полученные результаты (L-рибо-ЗНК выделены жирным шрифтом). Фиг.2 иллюстрирует использование мономерных L-рибо-ЗНК.The thermal stability of L-ribo-ZNA modified oligonucleotides is determined spectrophotometrically using a spectrophotometer equipped with a Ptier element (Ptier). 1 ml hybridization mixtures are prepared using a medium containing saline buffer solution (10 mM Na 2 HPO 4 , pH 7.0, 100 mM NaCl, 0.1 mM EDTA) and equimolar (1 μM or 1.5 μM) amounts of various L-ribo-LNA modified oligonucleotides and their complementary DNA or RNA oligonucleotides. As a control, identical hybridization mixtures containing unmodified oligonucleotides are obtained. The absorbance is recorded at 260 nm with a linear increase in temperature in the range from 10 to 90 ° C (1 ° C / min.). The values of the melting temperature (values T PL ) are obtained as the maximum value (+/- 1 ° C) of the first derivative of the melting curves. Tables 1-3 summarize the results obtained (L-ribo-ZNAs are shown in bold). Figure 2 illustrates the use of monomeric L-ribo-ZNA.
Из таблицы 1 видно, что включение одного или большего числа последовательных α-L-рибо-ЗНК мономеров Х в олигонуклеотидную последовательность (А) или (В) не меняет связывающей аффинности α-L-рибо-ЗНК в отношении комплементарной ДНК, тогда как ее связывающая аффинность в отношении комплементарной РНК значительно возрастает.Table 1 shows that the inclusion of one or more consecutive α-L-ribo-ZNA monomers X in the oligonucleotide sequence (A) or (B) does not change the binding affinity of α-L-ribo-ZNA for complementary DNA, whereas its binding affinity for complementary RNA increases significantly.
В таблице 2 показаны результаты изучения связывания гомотимин диастереоизомерных ЗНК с РНК (rA14), с РНК с одним ошибочным спариванием оснований (5'-r(А6СА7)), с энантиомерной РНК (ent-rA14) и с энантиомерной РНК с одним ошибочным спариванием (ent-5'-r(А6СА7)).Table 2 shows the results of studying the binding of homotymine diastereoisomeric ZNAs to RNA (rA 14 ), to RNA with one erroneous base pairing (5'-r (A 6 CA 7 )), to enantiomeric RNA (ent-rA 14 ) and to enantiomeric RNA with one erroneous pairing (ent-5'-r (A 6 CA 7 )).
В таблице 3 приведены результаты изучения связывания смешанной 9-мерной последовательности ДНК, ЗНК и a-L-рибо-ЗНК.Table 3 shows the results of studying the binding of a mixed 9-dimensional sequence of DNA, ZNA and a-L-ribo-ZNA.
Альтернативный методAlternative method
Пример 12Example 12
1-(3-О-бензил-2,5-ди-O-метансульфонил-4-С-(метансульфонилоксиметил)-β-D-ксилофуранозил)тимин (11)1- (3-O-benzyl-2,5-di-O-methanesulfonyl-4-C- (methanesulfonyloxymethyl) -β-D-xylofuranosyl) thymine (11)
К раствору нуклеозида 5 (1100 мг; 2,91 ммоль) в безводном тетрагидрофуране (20 см3) добавляют безводный пиридин (5 см3) и затем метансульфонилхлорид (1,2 мл, 15,5 ммоль). Смесь перемешивают в атмосфере азота в течение 18 часов при комнатной температуре. Реакционную смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и растворяют в этилацетате. Органическую фазу промывают насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия (3×10 см3) и высушивают (Na2SO4). Органическую фазу выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол (2% метанол, объем/объем) с получением нуклеозида 11 (908 мг, 51%).Anhydrous pyridine (5 cm 3 ) and then methanesulfonyl chloride (1.2 ml, 15.5 mmol) are added to a solution of nucleoside 5 (1100 mg; 2.91 mmol) in anhydrous tetrahydrofuran (20 cm 3 ). The mixture was stirred under nitrogen for 18 hours at room temperature. The reaction mixture was evaporated to dryness under reduced pressure and dissolved in ethyl acetate. The organic phase is washed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate (3 × 10 cm 3 ) and dried (Na 2 SO 4 ). The organic phase is evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using dichloromethane / methanol (2% methanol, v / v) as eluent to give nucleoside 11 (908 mg, 51%).
δc (CDCl3) 163,3, 150,6, 135,6, 134,6, 128,7, 128,3, 112,2, 87,9, 85,0, 83,1, 80,9, 77,2, 76,9, 76,6, 73,3, 66,6, 66,2, 38,6, 37,6, 37,6, 12,2.δ c (CDCl 3 ) 163.3, 150.6, 135.6, 134.6, 128.7, 128.3, 112.2, 87.9, 85.0, 83.1, 80.9, 77.2, 76.9, 76.6, 73.3, 66.6, 66.2, 38.6, 37.6, 37.6, 12.2.
Пример 13Example 13
(1R,3R,4S,7R)-1-(гидроксиметил)-7-бензилокси-3-(тимин-1-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (12)(1R, 3R, 4S, 7R) -1- (hydroxymethyl) -7-benzyloxy-3- (thymin-1-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane (12)
К раствору нуклеозида 11 (329 мг, 0,54 ммоль) в смеси этанол/вода (10 см3, 1:1, объем/объем) добавляют 6М NaOH (водн.) (0,9 мл, 5,4 ммоль). Смесь нагревают с обратным холодильником при температуре 80°С в течение 43 часов и затем выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем с использованием в качестве элюента смеси дихлорметан/метанол (2,4% метанол, объем/объем) с получением нуклеозида 12 (8,5 мг, 44%).To a solution of nucleoside 11 (329 mg, 0.54 mmol) in ethanol / water (10 cm 3 , 1: 1, v / v) was added 6 M NaOH (aq) (0.9 ml, 5.4 mmol). The mixture was refluxed at 80 ° C. for 43 hours and then evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography using dichloromethane / methanol (2.4% methanol, v / v) as eluent to give nucleoside 12 (8.5 mg, 44%).
δc ((CD3)2SO) 163,8, 150,3, 138,0, 135,8, 128,3, 127,7, 127,5, 108,0, 90,2, 86,5, 86,4, 79,3, 76,5, 72,5, 71,2, 57,2, 40,2, 40,0, 39,8, 39,6, 39,4, 39,2, 39,0, 12,3.δ c ((CD 3 ) 2 SO) 163.8, 150.3, 138.0, 135.8, 128.3, 127.7, 127.5, 108.0, 90.2, 86.5, 86.4, 79.3, 76.5, 72.5, 71.2, 57.2, 40.2, 40.0, 39.8, 39.6, 39.4, 39.2, 39, 0, 12.3.
Пример 14Example 14
Синтез нуклеозида 8 из нуклеозида 12Synthesis of
Стандартная методика ДМТ-защиты первичной гидроксигруппы в нуклеозиде 12 (например, с использованием той же процедуры, что и при получении нуклеозида 6 при ДМТ-защите первичной гидроксигруппы в нуклеозиде 5) приводит к получению нуклеозида 8, который может использоваться в синтезе фосфорамидитного производного α-L-рибо-ЗНК-нуклеозида 10 (см. фиг.2 и соответствующие примеры).The standard method of DMT protection of the primary hydroxy group in nucleoside 12 (for example, using the same procedure as in the preparation of
Пример 15Example 15
9-(2-O-ацетил-5-O-бензоил-4-С-(бензоилоксиметил)-3-O-бензил-α-L-рибофуранозил)-6-N-бензоиладенин (14)9- (2-O-acetyl-5-O-benzoyl-4-C- (benzoyloxymethyl) -3-O-benzyl-α-L-ribofuranosyl) -6-N-benzoyladenine (14)
Сахар 3 (2,05 г) растворяют в безводном ацетонитриле (30 мл). Добавляют N-6-бензоиладенин (1,86 г) и затем SnCl4 (1,3 мл) и полученную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 3,7 часа, после чего добавляют насыщенный водный раствор NaHCO3 до нейтрализации. Фильтруют через целит и фильтрат промывают последовательно насыщенным водным раствором NaHCO3 (3×150 мл) и Н2О (2×150 мл), высушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем (40-60% NaOAc в петролейном эфире) с получением полностью защищенного нуклеозидного промежуточного соединения (1,40 г, 52% выход). Указанный промежуточный продукт (1,29 г) растворяют в метаноле (35 мл) и добавляют насыщенный раствор NH3 в метаноле (35 мл). После перемешивания при 0°С в течение 2,3 часа смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем (1% метанол в дихлорметане) с получением промежуточного соединения, которое растворяют в безводном дихлорметане (40 мл). После охлаждения до -50°С добавляют безводный пиридин (3 мл) вместе с ангидридом трифторметансульфоновой кислоты (0,65 мл). После перемешивания в течение 50 минут добавляют еще ангидрид трифторметансульфоновой кислоты (0,65 мл) и продолжают перемешивание при -10°С в течение 1 часа. Далее добавляют дихлорметан (100 мл) и проводят промывку с использованием насыщенного водного раствора NaHCO3 (3×100 мл). Отделенную органическую фазу высушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении с получением промежуточного продукта. Указанный промежуточный продукт растворяют в толуоле (20 мл), добавляют КОАс (0,85 г) и 18-краун-6 (0,92 г) и полученную смесь перемешивают при 80°С в течение 7 часов, после чего выпаривают досуха при пониженном давлении с получением остатка, который очищают хроматографией на колонке с силикагелем (0-1,5% метанол в дихлорметане) с получением нуклеозида 14(1,1 г, 84% за три стадии).Sugar 3 (2.05 g) was dissolved in anhydrous acetonitrile (30 ml). N-6-benzoyladenine (1.86 g) was added and then SnCl 4 (1.3 ml) was added and the resulting mixture was stirred at room temperature for 3.7 hours, after which a saturated aqueous NaHCO 3 solution was added until neutralization. It is filtered through celite and the filtrate is washed successively with saturated aqueous NaHCO 3 (3 × 150 ml) and H 2 O (2 × 150 ml), dried (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (40-60% NaOAc in petroleum ether) to give a fully protected nucleoside intermediate (1.40 g, 52% yield). The indicated intermediate (1.29 g) was dissolved in methanol (35 ml) and a saturated solution of NH 3 in methanol (35 ml) was added. After stirring at 0 ° C for 2.3 hours, the mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (1% methanol in dichloromethane) to obtain an intermediate compound, which was dissolved in anhydrous dichloromethane (40 ml). After cooling to −50 ° C., anhydrous pyridine (3 ml) was added together with trifluoromethanesulfonic acid anhydride (0.65 ml). After stirring for 50 minutes, more trifluoromethanesulfonic acid anhydride (0.65 ml) was added and stirring was continued at -10 ° C for 1 hour. Then dichloromethane (100 ml) was added and washing was carried out using a saturated aqueous solution of NaHCO 3 (3 × 100 ml). The separated organic phase was dried (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure to give an intermediate. The specified intermediate was dissolved in toluene (20 ml), KOAc (0.85 g) and 18-crown-6 (0.92 g) were added and the resulting mixture was stirred at 80 ° C for 7 hours, after which it was evaporated to dryness under reduced pressure to obtain a residue, which is purified by silica gel column chromatography (0-1.5% methanol in dichloromethane) to obtain nucleoside 14 (1.1 g, 84% in three stages).
δc (CDCl3) 168,8, 165,8, 142,7, 136,0, 133,5, 133,3, 132,7, 129,6, 129,6, 128,8, 128,6, 128,5, 128,4, 128,4, 128,1, 127,8, 83,8, 82,2, 78,4, 74,3, 70,8, 64,7, 63,4, 20,5. MS (m/z) 742,0 [М+Н]+.δ c (CDCl 3 ) 168.8, 165.8, 142.7, 136.0, 133.5, 133.3, 132.7, 129.6, 129.6, 128.8, 128.6, 128.5, 128.4, 128.4, 128.1, 127.8, 83.8, 82.2, 78.4, 74.3, 70.8, 64.7, 63.4, 20, 5. MS (m / z) 742.0 [M + H] + .
Пример 16Example 16
(1R,3R,4S,7R)-7-бензилокси-1-гидроксиметил-3-(N-6-бензоиладенин-9-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (15)(1R, 3R, 4S, 7R) -7-benzyloxy-1-hydroxymethyl-3- (N-6-benzoyladenin-9-yl) -2,5-dioxabicyclo [2.2.1] heptane (15)
Нуклеозид 14 (3,05 г) растворяют в насыщенном растворе NH3 в метаноле (200 мл) и перемешивают при комнатной температуре в течение 4 дней, после чего добавляют 33% водный раствор NH3(60 мл) и перемешивание продолжают еще в течение 4 часов. Смесь выпаривают досуха при пониженном давлении с получением промежуточного продукта, который растворяют в безводном пиридине (100 мл). Добавляют TMSC1 (7,8 мл) и продолжат перемешивание при комнатной температуре в течение 5 часов. После охлаждения до 0°С добавляют бензоилхлорид (2,4 мл) и перемешивание продолжают при комнатной температуре в течение 16 часов. Добавляют Н2О (50 мл) и затем через 5 минут 25% насыщенный водный раствор NH3(25 мл). После перемешивания в течение 20 минут при комнатной температуре смесь выпаривают досуха при пониженном давлении и остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем (2-5% метанол в дихлорметане) с получением промежуточного продукта (1,76 г, 87% за две стадии). Указанный промежуточный продукт (326 мг) растворяют в безводном пиридине (50 мл) и при 0°С добавляют мезилхлорид (0,11 мл) при перемешивании. После перемешивания в течение 2 часов добавляют Н2O(5 мл) и объем смеси уменьшают примерно на 50% выпариванием при пониженном давлении. Добавляют дихлорметан (100 мл) и проводят промывку насыщенным водным раствором NaHCO3 (3×20 мл). Органическую фазу высушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем (2-4% метанол в дихлорметане) с получением промежуточного соединения (284 мг). Указанное промежуточное соединение (354 мг) растворяют в смеси диоксана (15 мл), Н2O (15 мл) и 2М NaOH (5,5 мл). После перемешивания в течение 72 часов при кипячении с обратным холодильником добавляют 7% (вес/вес) раствор HCl в диоксане до нейтрализации. Проводят промывку насыщенным водным раствором NaHCO3 (2×100 мл), и органическую фазу высушивают (Na2SO4) и выпаривают досуха при пониженном давлении. Остаток очищают хроматографией на колонке с силикагелем (0-4% метанол в дихлорметане) с получением бициклического нуклеозида 15 (24 мг).Nucleoside 14 (3.05 g) was dissolved in a saturated solution of NH 3 in methanol (200 ml) and stirred at room temperature for 4 days, after which a 33% aqueous solution of NH 3 (60 ml) was added and stirring was continued for another 4 hours. The mixture was evaporated to dryness under reduced pressure to give an intermediate which was dissolved in anhydrous pyridine (100 ml). TMSC1 (7.8 ml) was added and stirring was continued at room temperature for 5 hours. After cooling to 0 ° C., benzoyl chloride (2.4 ml) was added and stirring was continued at room temperature for 16 hours. H 2 O (50 ml) was added and then after 5 minutes a 25% saturated aqueous solution of NH 3 (25 ml). After stirring for 20 minutes at room temperature, the mixture was evaporated to dryness under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (2-5% methanol in dichloromethane) to obtain an intermediate product (1.76 g, 87% in two stages). The indicated intermediate (326 mg) was dissolved in anhydrous pyridine (50 ml) and mesyl chloride (0.11 ml) was added at 0 ° C. with stirring. After stirring for 2 hours, H 2 O (5 ml) was added and the volume of the mixture was reduced by about 50% by evaporation under reduced pressure. Dichloromethane (100 ml) was added and washing was carried out with saturated aqueous NaHCO 3 solution (3 × 20 ml). The organic phase is dried (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (2-4% methanol in dichloromethane) to give an intermediate (284 mg). The indicated intermediate compound (354 mg) was dissolved in a mixture of dioxane (15 ml), H 2 O (15 ml) and 2M NaOH (5.5 ml). After stirring for 72 hours under reflux, a 7% (w / w) solution of HCl in dioxane was added until neutralization. The washing is carried out with a saturated aqueous solution of NaHCO 3 (2 × 100 ml), and the organic phase is dried (Na 2 SO 4 ) and evaporated to dryness under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (0-4% methanol in dichloromethane) to give 15 bicyclic nucleoside (24 mg).
δc ((CD3)2SO) 156,0, 152,6, 149,4, 138,8, 138,0, 128,3, 127,7, 127,5, 118,3, 89,7, 83,9, 79,7, 77,0, 73,0, 71,2, 57,2. δн ((CD3)2SO) 8,38 (1Н, с), 8,14 (1Н, с), 7,40-7,30 (7Н, м), 6,37 (1Н, с), 5,06 (1Н, т, J 5,8 Гц), 4,73-5,66 (3Н, м), 4,46 (1Н, с), 4,15 (1H, д, J 8,4 Гц), 4,04 (1Н, д, J 8,2 Гц), 3,75 (2Н, д, J 5,7 Гц).δ c ((CD 3 ) 2 SO) 156.0, 152.6, 149.4, 138.8, 138.0, 128.3, 127.7, 127.5, 118.3, 89.7, 83.9, 79.7, 77.0, 73.0, 71.2, 57.2. δ n ((CD 3 ) 2 SO) 8.38 (1H, s), 8.14 (1H, s), 7.40-7.30 (7H, m), 6.37 (1H, s), 5.06 (1H, t, J 5.8 Hz), 4.73-5.66 (3H, m), 4.46 (1H, s), 4.15 (1H, d, J 8.4 Hz) ), 4.04 (1H, d, J 8.2 Hz), 3.75 (2H, d, J 5.7 Hz).
Пример 17Example 17
(1S,3R,4S,7R)-7-(2-цианоэтокси(диизопропиламино)фосфинокси)-1-(4,4'-диметокситритилоксиметил-3-(6-N-бензоиладенин-9-ил)-2,5-диоксабицикло[2.2.1]гептан (16)(1S, 3R, 4S, 7R) -7- (2-cyanoethoxy (diisopropylamino) phosphinoxy) -1- (4,4'-dimethoxytrityloxymethyl-3- (6-N-benzoyladenin-9-yl) -2,5- dioxabicyclo [2.2.1] heptane (16)
ДМТ-защита нуклеозида 15 с последующим дебензилированием и 3'-O-фосфитилированием приводит, как ожидается, к получению фосфорамидитного производного 16. Другой возможный путь получения 16 из нуклеозида 15 включает дебензилирование 15 с последующей селективной ДМТ-защитой первичной гидроксильной группы и затем 3'-O-фосфитилированием. Указанные в примере реакции проводят в соответствии со стандартными процедурами, описанными в литературе (см, например, Koshkin, A.A., Singh, S.K., Nielsen, P., Rajwanshi, V.K., Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, C.E., Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607).The DMT protection of nucleoside 15 followed by debenzylation and 3'-O-phosphitylation is expected to produce a phosphoramidite derivative 16. Another possible way to obtain 16 from nucleoside 15 involves debenzylation 15 followed by selective DMT protection of the primary hydroxyl group and then 3 ' -O-phosphitylation. The reactions indicated in the example are carried out in accordance with standard procedures described in the literature (see, for example, Koshkin, AA, Singh, SK, Nielsen, P., Rajwanshi, VK, Kumar, R., Meldgaard, M., Olsen, CE, Wengel, J. Tetrahedron 1998, 54, 3607).
Claims (15)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DKPA199900603 | 1999-05-04 | ||
DKPA199900603 | 1999-05-04 | ||
DKPA199901225 | 1999-09-01 | ||
DKPA200000032 | 2000-01-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001132625A RU2001132625A (en) | 2003-08-10 |
RU2258708C2 true RU2258708C2 (en) | 2005-08-20 |
Family
ID=35846265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001132625/04A RU2258708C2 (en) | 1999-05-04 | 2000-05-04 | Analogues of l-ribo-cna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258708C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021101469A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | Gaziantep Universitesi Rektorlugu | A drug for anticancer and antiviral treatment and synthesis method thereof |
RU2824141C2 (en) * | 2016-11-30 | 2024-08-06 | Университет Берн | Novel bicyclic nucleosides and oligomers derived therefrom |
-
2000
- 2000-05-04 RU RU2001132625/04A patent/RU2258708C2/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
A.Koshkin et al. Tetrahedron, 1998, 54, р.3607-3630. * |
V.K.Rajwanshi et al. J. Chem. Soc. Perkin Trans. I, 1999, 1407-1414 G.Wang et al. Bioorg. Med. Chem. Lett., 1999, 9, 1147-1150. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824141C2 (en) * | 2016-11-30 | 2024-08-06 | Университет Берн | Novel bicyclic nucleosides and oligomers derived therefrom |
WO2021101469A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | Gaziantep Universitesi Rektorlugu | A drug for anticancer and antiviral treatment and synthesis method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1178999B1 (en) | L-ribo-lna analogues | |
US7084125B2 (en) | Xylo-LNA analogues | |
AU777049B2 (en) | Xylo-LNA analogues | |
US5264562A (en) | Oligonucleotide analogs with novel linkages | |
Langkjær et al. | UNA (unlocked nucleic acid): a flexible RNA mimic that allows engineering of nucleic acid duplex stability | |
JP4236812B2 (en) | Oligonucleotide analogues | |
US5955599A (en) | Process for making oligonucleotides containing o- and s- methylphosphotriester internucleoside linkages | |
US20020068708A1 (en) | Oligonucleotide analogues | |
AU8646091A (en) | Modified internucleoside linkages | |
JP7263236B2 (en) | Novel bicyclic nucleosides and oligomers prepared therefrom | |
Hunziker et al. | Nucleic acid analogues: synthesis and properties | |
KR20190065341A (en) | Method of joining oligomeric compounds | |
RU2258708C2 (en) | Analogues of l-ribo-cna | |
US7002006B2 (en) | Protection of nucleosides | |
CN101410406B (en) | 6-modified bicyclic nucleic acid analogs | |
RU2824141C2 (en) | Novel bicyclic nucleosides and oligomers derived therefrom | |
WO1998033806A1 (en) | Base protecting groups and process for oligonucleotide synthesis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20081119 |