反リバースキャップアナログ（ARCA）とmRNA翻訳と安定性におけるその用途の合成

M（7）GP（3）Gの存在下でin vitro転写によって生成された合成キャップ型RNA転写産物は、mRNA翻訳、pre-mRNAスプライシング、mRNA回転率、mRNAおよびsnRNAの細胞内輸送などのプロセスの研究に幅広い用途を発見しました。。ただし、キャップ構造のM（7）Guo部分とGuo部分の両方に3'-OHが存在するため、mRNAの3分の1から半分が逆方向に組み込まれたキャップを含んでいます。リバースキャップ構造は、キャップ結合タンパク質であるeif4eにバインドし、全体的な翻訳効率を低下させます。したがって、従来のM（7）gp（3）gキャップを「反逆」キャップアナログ（Arcas）に置き換えました。そこでは、M（7）Guo部分の3'-OHが3'-デオキシまたは3 'に置き換えられました。-O-メチル基、それぞれM（7）3'DGP（3）GまたはM（2）（7,3'-O）GP（3）Gにつながります。Arcasのクラスは、M（7）GuoのC2 'でO-メチル基またはデオキシ基を所有するアナログに拡張されました。また、テトラとペンタリン酸を含む一連のアルカを開発しました。さまざまなアルカでキャップされたmRNAは、in vitroおよびin vivoシステムの両方でM（7）GP（3）Gでキャップされた対応物よりも1.1〜2.6倍効率的に翻訳されました。別のシリーズでは、アルファとベータ、またはベータとガンマリン酸塩の間にメチレン基が導入され、M（2）（7,3'-O）GPP（CH2）PGおよびM（2につながります。）（7,3'-O）GP（CH2）PPG。これらの類似体は、それぞれ脱カッピング酵素DCP1/DCP2およびDCPによる切断に耐性があります。M（2）（7,3'-O）GPP（CH2）PGでキャップされたmRNA転写産物は、培養された哺乳類細胞に導入するとより安定していた。この章では、mRNA翻訳における実用的な用途に重点を置いて、代表的なアルカスの統合とその生物物理学的および生化学的特性について説明します。

Synthetic capped RNA transcripts produced by in vitro transcription in the presence of m(7)Gp(3)G have found a wide application in studying such processes as mRNA translation, pre-mRNA splicing, mRNA turnover, and intracellular transport of mRNA and snRNA. However, because of the presence of a 3'-OH on both m(7)Guo and Guo moieties of the cap structure, one-third to one-half of the mRNAs contain a cap incorporated in the reverse orientation. The reverse cap structures bind poorly to eIF4E, the cap binding protein, and reduce overall translational efficiency. We therefore replaced the conventional m(7)Gp(3)G cap by "anti-reverse" cap analogs (ARCAs) in which the 3'-OH of m(7)Guo moiety was substituted by 3'-deoxy or 3'-O-methyl groups, leading to m(7)3'dGp(3)G or m(2)(7,3'-O) Gp(3)G, respectively. The class of ARCAs was extended to analogs possessing an O-methyl group or deoxy group at C2' of m(7)Guo. We have also developed a series of ARCAs containing tetra- and pentaphosphates. mRNAs capped with various ARCAs were translated 1.1- to 2.6-fold more efficiently than their counterparts capped with m(7)Gp(3)G in both in vitro and in vivo systems. In a separate series, a methylene group was introduced between the alpha- and beta-, or beta- and gamma-phosphate moieties, leading to m(2)(7,3'-O)Gpp(CH2)pG and m(2)(7,3'-O)Gp(CH2)ppG. These analogs are resistant to cleavage by the decapping enzymes Dcp1/Dcp2 and DcpS, respectively. mRNA transcripts capped with m(2)(7,3'-O)Gpp(CH2)pG were more stable when introduced into cultured mammalian cells. In this chapter, we describe the synthesis of representative ARCAs and their biophysical and biochemical characterization, with emphasis on practical applications in mRNA translation.