Modified nucleotides and DNA for electrochemical labelling and defined display of small molecules

Abstract

Souhrn Tato práce je zaměřena na enzymatickou syntézu sond pro elektrochemické značení, biokonjugace a ve své závěrečné kapitole, postavené na poznatcích získaných v předchozích částech, popisuje metodu pro přípravu vysoce funkcionalizované DNA modifikované na bázích, využitelnou pro kontrolovanou multivalentní prezentaci glykosidů. V první částí byla nalezena metoda pro přípravu nukleotidů nesoucích diolové skupiny. Sonogashirova reakce umožnila přístup k diolům připojeným přes alkynovou spojku, následná katalytická hydrogenace, poprvé popsána v literatuře, poté poskytla cestu k diolům připojeným přes flexibilní sp3 hybridizovanou spojku, a to bez použití chránících skupin. Štěpení diolů připojených k nukleotidům přes sp3 spojku, nikoliv však přes alkynovou spojku, vedlo ke vzniku nukleotidu modifikovaného alifatickým aldehydem. Všechny nukleotidy byly dobrými substráty pro KOD XL DNA polymerázu, jak v reakci extenze primeru, tak v polymerázové řetězové reakci, vyjma aldehydem modifikovaného dUTP, který byl akceptován v PEX, ale produkty PCR reakce vznikaly pouze ve směsích s přirozeným dTTP. Toto omezení bylo překonáno štěpením diolů až po inkorporaci do DNA, čímž také vznikla DNA modifikovaná aldehydovými skupinami. Všechny reaktivní sondy byly použiti pro biokonjugace s fluorescenčním hydrazeinem, pro...

This thesis is focused on enzymatic construction of DNA probes for electrochemical labelling, bioconjugations and, in the final part, building on knowledge gathered in previous chapters, it describes a method useful for construction of highly functionalized base-modified DNA enabling defined multivalent display of glycosides. In first chapter, a chemical route to diol-bearing nucleotides was found. Sonogashira reaction facilitated access to alkyne-tethered diols and subsequent catalytic hydrogenation, described for the first time in the literature, provided protection-free method for obtaining nucleotide diols tethered via flexible sp3 hybridized linker. Cleavage of alkane-linked, but not alkyne-linked, nucleotide diols yielded aliphatic nucleotide aldehyde. All nucleotides were found to be good substrates for KOD XL DNA polymerase in both primer extension and polymerase chain reaction, apart from aldehyde-linked dUCHO TP nucleotide, which performed well in PEX reaction, but gave PCR products only in a mixture with natural dTTP. This could be overcome by cleavage of diol-modified DNA, which also yielded aldehyde-functionalized dsDNA. All reactive probes were examined for bioconjugations with fluorescent hydrazine, reductive amination with lysine or lysine-containing peptides or other molecules...