乙二醇核酸（GNA）及其應用

乙二醇核酸 (GNA)，有時也稱為(wei) 甘油核酸，是一種非天然核酸類似物，基於(yu) 乙二醇單體(ti) 單元，具有無環三碳糖磷酸主鏈，每個(ge) 重複單元包含一個(ge) 立體(ti) 中心。立體(ti) 異構化合物或分子中心由一個(ge) 中心原子和四個(ge) 可區分的配體(ti) 組成。這些配體(ti) 中任何兩(liang) 個(ge) 的互換都會(hui) 產(chan) 生立體(ti) 異構體(ti) 。立體(ti) 異構體(ti) 僅(jin) 在其原子的空間排列上有所不同。

乙二醇核酸 (GNA) 是一種異種核酸 (XNA)，具有 3'-2' 連接的乙二醇磷酸骨架。 GNA 分子包含與(yu) 核堿基融合的 3 個(ge) 碳單元。

GNA 的聚合物結構與(yu) DNA 和 RNA 相似，但其糖-磷酸二酯主鏈的組成不同。與(yu) DNA和RNA相比，GNA主鏈縮短了一個(ge) 原子。 GNA 單元是一種簡單的基於(yu) 磷酸二酯的低聚物構建塊。DNA 和 RNA 具有脫氧核糖和核糖主鏈，而 GNA 則包含通過磷酸二酯鍵連接的重複二醇單元。

乙二醇核酸結構

圖 1：GNA、DNA 和 RNA 的化學結構。 GNA 雙鏈體(ti) 的幾種晶體(ti) 結構已在 0.97 至 1.83 Å 分辨率之間確定（Schlegel 等人和 Johnson 等人）。

Ueda和Imoto小組於(yu) 1971年和1972年合成了外消旋GNA核苷。Holy小組於(yu) 1974年合成了對映體(ti) 純的化合物，Cook等人於(yu) 1974年合成了對映體(ti) 純的化合物。 Wengel 小組於(yu) 1995 年和 1999 年合成了第一個(ge) GNA 亞(ya) 磷酰胺和含有 GNA 的寡核苷酸。幾年後，在 2006 年和 2009 年，Meggers 及其同事發表了改進和簡化的方法。

為(wei) 了進一步減少 GNA 亞(ya) 磷酰胺的合成步驟總數並實現公斤級合成，Alnylam 小組開發了一種程序，允許使用受保護的嘌呤核堿基對映體(ti) 純 DMT-縮水甘油進行開環。

與(yu) 天然對應物不同，GNA 化學性質穩定，且不知道其天然存在。

GNA 可能具有廣泛的應用前景，包括：

• 反義(yi) 療法：GNA 與(yu) RNA 形成穩定雙鏈體(ti) 的能力使其成為(wei) 設計反義(yi) 寡核苷酸以抑製特定基因表達的有前途的候選者。

• 適配體(ti) 的開發：GNA適配體(ti) 可以以高親(qin) 和力和特異性結合特定靶標。可能的應用包括分子診斷、治療和生物傳(chuan) 感器。

• 基因治療：GNA 可以將基因傳(chuan) 遞到細胞中以達到治療目的。

• 人工分子的設計：GNA 可以創建合成 DNA 或 RNA 分子。

• siRNA：施萊格爾等人。 (2020) 觀察到，在引導鏈的第 6 位具有單個(ge) GNA 取代的 siRNA 雙鏈體(ti) 設計，並且在序列或化學上沒有任何進一步的變化，可以最大限度地減少脫靶失調，而不影響靶點活性。

GNA 非常適合穩定性至關(guan) 重要的應用，例如反義(yi) 治療和適體(ti) 開發。 反義(yi) 療法



反義(yi) 療法使用核酸來抑製特定基因的表達。 GNA 是合成用於(yu) 反義(yi) 治療的反義(yi) 寡核苷酸的有前途的候選者，因為(wei) 它可以與(yu) RNA 形成穩定的雙鏈體(ti) ，從(cong) 而防止靶向 RNA 被翻譯成蛋白質。 GNA寡核苷酸可以在體(ti) 外和體(ti) 內(nei) 抑製多種基因的表達。

適體(ti)

適體(ti) 以高親(qin) 和力和特異性識別並結合特定靶標。 GNA 適體(ti) 特別有吸引力，因為(wei) 它們(men) 比天然核酸適體(ti) 更穩定。因此，GNA 非常適合開發診斷、治療和生物傳(chuan) 感器。 GNA 適體(ti) 可以結合各種靶標，包括蛋白質、細胞和病毒。

基因治療

基因療法使用核酸將基因傳(chuan) 遞到細胞中以達到治療目的。 GNA 可以將基因傳(chuan) 遞到細胞中，因為(wei) 它很穩定並且可以進行修改以納入靶向序列。

siRNA

siRNA 雙鏈體(ti) 設計在引導鏈的位置 6 處具有單個(ge) GNA 取代，可最大限度地減少脫靶效應，而不影響靶點活性。其他應用



除了上述應用之外，GNA 還可用於(yu) 各種其他應用，包括：

• 納米技術：使用 GNA 可以創建自組裝納米結構。

• 生物催化：GNA 可以開發具有改進催化活性的新酶。

• 成像：GNA 可用於(yu) 開發新的成像探針。

GNA 是具有廣泛潛在應用的多功能分子。隨著 GNA 研究的繼續，科學家可能會(hui) 發現這些分子的更多應用。