シアノコバラミンの立体構造ダイナミクスとペプチド核酸とのコンジュゲート

コバラミン（CBL）とも呼ばれるビタミンB12は、哺乳類および多くの細菌細胞によって採取された重要な酵素補因子です。ペプチド核酸（PNA）は、天然の核酸に相補的な方法で結合する能力を持つ合成DNA類似体です。PNAが細胞に効率的に送達されると、機能性DNAまたはRNAの立体遮断薬として作用し、転写または翻訳のレベルで遺伝子発現を調節することができます。最近、CBLは細胞へのさまざまな分子の輸送体として検査されています。また、PNAは、CBLと共有結合した場合、細菌細胞に送達できますが、CBLが望ましいPNA生体特性を変更しないことを確認することが重要です。PNAモノマーとオリゴマーを使用したCBLのコンジュゲートの構造と立体構造ダイナミクスを分析しました。トリアゾールリンカーを介して接続されたPNAモノマーCを使用して、シアノコバラミン誘導体を合成し、そのNMRスペクトルを決定しました。マイクロ秒分子動力学シミュレーションを使用して、シアノコバラミン-Cの内部ダイナミクス、14-MER PNAとの共役、および遊離PNAを調べました。結果は、すべての化合物がかなりコンパクトな構造を獲得するが、PNAオリゴマーの立体構造は異なることを示唆しています。CBL-Cコンジュゲートの場合、分子動力学の軌跡からクラスターとともに裏付けられたRoesy Spectrumからのクロスピーク。PNA内では、支配的な相互作用は積み重ねられていますが、積み上げベースは必ずしもPNAシーケンスに隣接しているわけではありません。コンジュゲートのPNAよりも遊離PNAの塩基積みが多いですが、積み上げは遊離PNAでは安定性が低くなります。コンジュゲートのPNAは、溶媒にわずかにさらされています。全体として、PNAオリゴマーに付着したシアノコバラミンは、天然核酸オリゴマーとのハイブリダイゼーションに有益な方法でPNAの柔軟性を高めます。

Vitamin B12 also called cobalamin (Cbl) is an important enzymatic cofactor taken up by mammalian and also by many bacterial cells. Peptide nucleic acid (PNA) is a synthetic DNA analogue that has the ability to bind in a complementary manner to natural nucleic acids. Provided that PNA is efficiently delivered to cells, it could act as a steric blocker of functional DNA or RNA and regulate gene expression at the level of transcription or translation. Recently, Cbl has been examined as a transporter of various molecules to cells. Also, PNA, if covalently linked with Cbl, can be delivered to bacterial cells, but it is crucial to verify that Cbl does not change the desired PNA biological properties. We have analyzed the structure and conformational dynamics of conjugates of Cbl with a PNA monomer and oligomer. We synthesized a cyanocobalamin derivative with a PNA monomer C connected via the triazole linker and determined its NMR spectra. Using microsecond-long molecular dynamics simulations, we examined the internal dynamics of cyanocobalamin-C, its conjugate with a 14-mer PNA, and free PNA. The results suggest that all compounds acquire rather compact structures but the PNA oligomer conformations vary. For the Cbl-C conjugate the cross-peaks from the ROESY spectrum corroborated with the clusters from molecular dynamics trajectories. Within PNA the dominant interaction is stacking but the stacking bases are not necessarily neighboring in the PNA sequence. More bases stack in free PNA than in PNA of the conjugate, but stacking is less stable in free PNA. PNA in the conjugate is slightly more exposed to solvent. Overall, cyanocobalamin attached to a PNA oligomer increases the flexibility of PNA in a way that could be beneficial for its hybridization with natural nucleic acid oligomers.