Synthese, biologische evaluatie en conformationele studie van pentopyranoside nucleoside fosfonaten

Synthetische analogen van nucleosiden, nucleotiden en oligonucleotiden worden reeds gebruikt in levensreddende behandelingen van kanker en virale infecties. Oligonucleotiden die een hoge bindingsaffiniteit bezitten voor hun doelwit, zouden kunnen gebruikt worden in de antisense, siRNA en aptameer onderzoek. Deze synthetische varianten hebben modificaties in één of meerdere componenten van het oorspronkelijke nucleïnezuur, zoals de nucleobase-, de suiker- of de fosfaatgroep. Er zijn zeer veel voorbeelden van base- en suikergemodificeerde synthetische nucleosiden en hun synthese en werkingsmechanisme zijn goed gekend. Suikermodificatie in combinatie met modificatie van de internucleotide fosfaatgroep is tot op heden relatief weinig bestudeerd.

Hexitolnucleosiden zijn interessante voorbeelden van suikergemodificeerde nucleosiden met antivirale activiteit. Wanneer men ze gebruikt voor oligonucleotidesynthese worden polymeren gevormd, “Hexitol Nucleic Acids” (HNA), die zich vouwen in helicale structuren die stabiele hybridestructuren vormen met natuurlijke nucleïnezuren. Dit HNA werd getest als xenobiotisch erfelijk materiaal voor in vitro evolutie en als templaat voor DNA synthese in vivo. Het heeft echter niet de nodige eigenschappen om als echt orthogonaal informatiesysteem te kunnen functioneren.

De synthese van de fosfonaatanalogen van hexitolnucleosidemonofosfaat wordt in deze doctoraatsthesis besproken. Verschillende strategieën werden onderzocht en besproken. NMR spectroscopie werd gebruikt om de conformatie te bepalen van de vier verkregen nucleosidefosfonaten. Volgens NMR-studies wordt de voorkeur gegeven aan een equatoriale positie van de nucleobase zodat ongewenste 1,3-diaxiale interacties vermeden worden.

Preliminaire evaluatie van antivirale activiteiten en DNA-incorporatie-eigenschappen werden ook onderzocht. Antivirale testen voor de adenine- en thyminenucleosidefosfonaten tonen een afwezigheid van activiteit aan. Preliminaire DNA-incorporatiereacties, gebruik makende van een mesofiel en thermofiel polymerase, tonen aan dat de difosfaten van deze fosfonaatnucleosiden als substraat kunnen fungeren, hetgeen hoopgevend is voor hun potentieel gebruik in synthetische biologie.