Pyranosyl-RNA: Paarung zwischen homochiralen Oligonucleotidsträngen entgegengesetzten Chiralitätssinns†
Dr. Ramanarayanan Krishnamurthy
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Laboratorium für Organische Chemie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Universitätstrasse 16, CH–8092 Zürich (Schweiz) Telefax: Int. + 1/632–1043Search for more papers by this authorpRNA, 3. Mitteilung, und Chemie von α-Aminonitrilen. 18 Mitteilung. Diese Arbeit wurde von der Ciba-Geigy AG, Basel. der Firmenich & Cie., Genf. sowie der Schulleitung der ETH Zürich unterstützt C. M. dankt dem Fonds für wissenschaftliche Forschung. Wien. für ein Schrödinger-Stipendium und dem BMBF. Bonn (Projekt Nr. 0310792). für ein Postdoktorats-Stipendium. N. W. der BASF AG. Ludwigshafen, für ein Forschungsstipendium. A. E. dankt Prof. Dr. C. R. Noe für großzügiges Gastrecht seiner Frankfurter Mitarbeiter am Institut für Pharmazeutische Chemie der Universität Frankfurt herzlich. – 2. und 17. Mitteilung: [1] bzw. [2].
Abstract
Die zu natürlicher RNA isomere Pyranosyl-RNA (p-RNA) – Ausschnitt schematisch im Bild rechts – zeigt höchst bemerkenswerte Eigenschaften. Homochirale Stränge mit entgegengesetztem Chiralitätssinn bilden quasiracemische Duplexe nach Basenauswahlregeln, die von jenen der isochiralen Paarung verschieden sind.
References
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- 16 H. Rembold, L. E. Orgel, J. Mol. Evol. 1994, 38, 205–210.
- 17 D. Sievers, G. von Kiedrowski, Nature (London) 1994, 369, 221–224. zit. Lit.
- 18 In einer neueren experimentellen Arbeit kommen Garbesi et al. [19] zum Schluß. daß entgegen anderen Literaturangaben L-DNA-Stränge (mit kanonischen Basen) weder mit parallel noch antiparallel komplementären (D)-DNA-Strängen spezifisch paaren. Nach van Boeckel et al. [20] soll auf Grund von NMR-Daten L-d(CAAGG) mit D-d(CCUUG) und D-d(GUUCC) in konstitutionell nicht näher definierter Art eine (starke) Paarung eingehen.
- 19 A. Garbesi, M. L. Capobianco, F. P. Colonna, L. Tondelli, F. Arcamone, G. Manzini, C. W. Hilbers, J. M. E. Aelen, M. J. J. Blommers, Nucleic Acids Res. 1993, 21, 4159–4165, zit. Lit.
- 20 C. A. A. van Boeckel, G. M. Visser, R. A. Hegstrom, J. H. van Boom, J. Mol. Evol. 1987, 25, 100–105.
- 21 in Analogie zur Guanin-Isoguanin-Paarung in der Homo-DNA-Reihe vgl. Lit. [6, 22–24].
- 22 K. Groebke („Über Purin-Purin-Paarungen bei Hexopyranose-Nukleinsäuren”︁). Dissertation Nr. 10149, ETH Zürich. 1993.
- 23 K. Groebke, W. Fraser, J. Hunziker, L. Peng, U. Diederichsen, K. Zimmermann, A. Holzner, C. Leumann, A. Eschenmoser, noch unveröffentlicht.
- 24 A. Eschenmoser, E. Lewenthal, Chem. Soc. Rev. 1992, 21, 1–16.
- 25 Über (homochirale) DNA-Duplexe mit paralleler Strangorientierung, bei welchen Adenin- mit Thymin-Basen bei anti/anti-Konformation der Basenverknüpfungen nach dem RWC-Modus gepaart sind. vgl. Lit.[26].
- 26 N. Pattabiraman, Biopolymers 1986, 25, 1603–1606; N. B. Ramsing, T. M. Jovin, Nucleic Acids Res. 1988, 16, 6659–6676; M. W. Germann, B. W. Kalisch, J. H. van de Sande, Biochemistry 1988, 27, 8302–8306.
- 27 G. F. Joyce, G. M. Visser, C. A. A. van Boeckel, J. H. van Boom, L. E. Orgel, J. van Westrenen, Nature (London) 1984, 310, 602–604.
- 28 Die schwache Komplexierung, die im 1 : 1-Gemisch L.-pr(G8)/D-pr(C8) beobachtet wird (siehe Lit.[1] und Tabelle 2), dürfte ebenfalls einer Paarung des RWC-Typs entsprechen. nämlich einer (zweizähnigen) Guanin(NH, NH2) → Cytosin(= O, = N)-Paarung.
- 29 A. Eschenmoser, M. Dobler, Helv. Chim. Acta 1992, 75, 218–259.
- 30 Über die Synthese von p-RNA-Mononucleosiden und die (maschinelle) Synthese von p-RNA-Oligonucleotiden finden sich Angaben in vorläufiger Form in Lit. [4] und Lit. [1]. Syntheseverfahren und Produktcharakterisierungen werden detailliert in Helv, Chim. Acta beschrieben werden.
- 31 C. R. Cantor, P. R. Schimmel, Biophysical Chemistry. Part III: The Behavior of Biological Macromolecules, Freeman, San Francisco, 1980, S. 1135–1139.
- 32 Daß der L-pr(G8)/D-pr[(5-methyl-isoC)8]-Duplex nicht so stabil ist wie der L-pr(isoG8),/D-pr(C8)-Duplex könnte durch einen sterisch bedingten Propeller-Twist verursacht sein; dem würde auch die Beobachtung entsprechen, daß D-pr(isoG8) und D-pr[(5-methyl-isoC)8] - überraschenderweise und im Gegensatz zur DNA-Reihe [33] – keinen Duplex bilden.
- 33 Aus Stabilitätsgründen (vgl. Lit. [36]) wurde nicht Isocytosin, sondern dessen 5-Methylderivat verwendet. Zur (isochiralen) Paarung von Isoguanin mit Isocytosin in der DNA-Reihe vgl. neben Lit. [36]: A. Rich in Horizons in Biochemistry (Hrsg.: M. Kasha, B. Pullmann), Academic Press. London. 1962, S. 103–126; C. Y. Switzer, S. E. Moroney. S. A. Benner, Biochemistry 1993, 32, 10489–10496.
- 34 Nach der Literatur (J. Sepiol. Z. Kazimierczuk, D. Shugar, Z. Naturforsch. C 1976, 31, 361–370; R. S. Norton, R. P. Gregson, R. J. Quinn, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1980, 339–341) sollen N-9-substituierte Isoguanin-Derivate in wäßriger neutraler Lösung neben der Enolform hauptsächlich in der 1H-Lactamform vorliegen (vgl. auch F. Seela, C. Wei, Z. Kazimierczuk, Helv. Chim. Acta 1995, 78, 1843–1854). Demgegenüber vermuten wir, daß die beiden I actamformen (1 H und 3 H die beiden wesentlichen Fautomere des Isoguaninkerns sind (vgl. Lit. [25]).
- 35 Zwei der verbleibenden (als weniger wahrschcheinlich eingestuften) Möglichkeiten wären zweizähnige Varianten des dreizähnigen RWC-Modus, wobei jeweils identische Isoguanin-Tautomere ein Paar bilden könnten. Die dritte wäre eine zentrosymmetrische zweizähnige Selbstpaarung der Lactam-Gruppierung des 3H-Tautomers (sterisch gehindert).
- 36 C. Roberts, R. Bandaru, C. Switzer, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 3601–3604; T. Horn, C.-A. Chang, M. L. Collins, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 2033–2036.
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