DNAベースペアリングの熱力学的安定性におけるプリン塩基のアミノグループの役割

水素結合塩基対相互作用のエネルギー的な側面は、機能的なヌクレオチド類似体の設計とオリゴヌクレオチドの実用的な応用にとって重要です。本研究では、2'-デオキシリボイノシン（I）および2'-デオキシリボ-2,6-ジアミノプリン（D）として非依存性核種としての2'-デオキシリボ2,6-ジアミノプリン（D）を使用して、異なる塩および溶媒条件下でのオリゴヌクレオチド二重鎖の熱力学的安定性に対するDNAプリン塩基の2アミノ基の寄与を調査しました。DNA二重鎖の安定性は、次の順序で単一の塩基対の置換により変更されました。G•C> D•T≈I•C> A•T> G•T> I•T。DNA二重鎖の熱力学に対する塩濃度の影響は、部分的に配列依存性であることがわかっており、プリン塩基の2アミノ基は、安定した塩基対構造の形成を介してイオンのDNAへの結合に影響を与える可能性があります。また、我々の結果は、生理学的塩条件が相補的な塩基認識にエネルギー的に好ましいことを示し、逆に、この研究で採用されている条件の文脈で、低塩濃度媒体とエタノール含有溶媒が低いオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションに効果的であることが示されました。

The energetic aspects of hydrogen-bonded base-pair interactions are important for the design of functional nucleotide analogs and for practical applications of oligonucleotides. The present study investigated the contribution of the 2-amino group of DNA purine bases to the thermodynamic stability of oligonucleotide duplexes under different salt and solvent conditions, using 2'-deoxyriboinosine (I) and 2'-deoxyribo-2,6-diaminopurine (D) as non-canonical nucleotides. The stability of DNA duplexes was changed by substitution of a single base pair in the following order: G • C > D • T ≈ I • C > A • T > G • T > I • T. The apparent stabilization energy due to the presence of the 2-amino group of G and D varied depending on the salt concentration, and decreased in the water-ethanol mixed solvent. The effects of salt concentration on the thermodynamics of DNA duplexes were found to be partially sequence-dependent, and the 2-amino group of the purine bases might have an influence on the binding of ions to DNA through the formation of a stable base-paired structure. Our results also showed that physiological salt conditions were energetically favorable for complementary base recognition, and conversely, low salt concentration media and ethanol-containing solvents were effective for low stringency oligonucleotide hybridization, in the context of conditions employed in this study.