今天給大家分享一篇最近發(fā)表在Science上的研究，題為：A P(V) platform for oligonucleotide synthesis，文章的通訊作者是百時美施貴寶公司的Martin D. Eastgate，Michael A. Schmidt，Ivar M. McDonald博士以及Scripps研究所的Phil S. Baran教授。
圖1. 本文工作概述
隨著現(xiàn)代生物技術的蓬勃發(fā)展，對于核酸的需求日漸增多，核酸藥物在基因療法以及疫苗研發(fā)等方向都扮演了極其重要的角色。由于天然的磷酸二酯鍵在體內易被降解，寡聚核苷酸往往難以單獨成藥，為此人們開發(fā)出了許多核酸的類似物用于增強其治療效果，具有代表性有鎖核酸（Locked Nucleic Acid, LNA）以及硫代核酸等。日益增多的研究表明在寡聚核酸的不同位置引入不同的修飾基團會極大的改善其藥理藥效，但是現(xiàn)有的合成方法往往難以滿足這種需求。此前，本文部分作者發(fā)展了基于五價磷（P(V)）的核酸合成試劑，實現(xiàn)了硫代寡核苷酸主鏈硫代磷酸酯的手性控制。在本文中，他們進一步拓展了P(V)合成試劑結構，并對整個過程進行了優(yōu)化，從而實現(xiàn)了完全基于P(V)的核酸合成平臺，進一步拓展了寡聚核酸的化學空間。
圖2. 部分P(V)試劑的合成
目前主流的核酸合成策略是基于亞磷酰胺（P(III)）的合成路線，但是該策略在合成一些修飾核酸比如二硫代修飾的時候效果不盡人意。雖然此前已經(jīng)有基于P(V)的合成方法被報道，但是仍然存在著許多不足致使其無法廣泛應用，比如P(V)合成試劑的偶聯(lián)速率遠低于P(III)?；诖饲暗墓ぷ?，作者首先合成了一系列環(huán)狀P(V)試劑，在對環(huán)的大小以及離去基團進行篩選后，最終確定了3種試劑分別用于合成二硫代磷酸酯（3），外消旋硫代磷酸酯（4）以及磷酸二酯（5）（圖1、2）。整個合成以天然產(chǎn)物檸檬烯為原料，對環(huán)境友好，同時能夠進行大量合成。
圖3. 不同試劑和合成速率的對比
這些P(V)試劑表現(xiàn)出了良好的合成效果。比如，在二硫代核酸的合成中，通過P(V)試劑能夠得到純度>99%的產(chǎn)品，而P(III)的產(chǎn)物中則存在7%的單硫代物。反應速率的問題也得到了解決，結果顯示本文所發(fā)展的P(V)的反應速率與P(III)相當，每一步偶聯(lián)反應可以在兩分鐘之內實現(xiàn)完全轉化，相當高效。
圖4. 基于P(V)的固相合成過程
接下來，作者們將該策略應用于自動合成儀。由于反應中使用了DBU等強堿，會對傳統(tǒng)的載體產(chǎn)生影響。為了適應新的合成策略，他們重新設計了固相載體，并對堿基的保護基進行了調整。在對整個條件進行了優(yōu)化后（圖4），他們成功地以可觀的回收率得到了含有多種不同修飾的寡聚核酸，為后續(xù)的醫(yī)學研究奠定了堅實的基礎。
總結來說，作者完整地發(fā)展了一套基于P(V)的核酸合成平臺，相比于基于P(III)的合成策略，該方法能夠覆蓋更為多樣的核酸結構，為核酸藥物的發(fā)展提供了更多候選結構。與此同時，該策略仍然存在相當?shù)陌l(fā)展空間，比如偶聯(lián)過程中的P(V)試劑用量仍有待降低、合成產(chǎn)率仍有待提高等，讓我們拭目以待。
作者：Roy Wu 審校：XW
Huang, Y.; Knouse, K. W.; Qiu, S.; Hao, W.; Padial, N. M.; Vantourout, J. C.; Zheng, B.; Mercer, S. E.; Lopez-Ogalla, J.; Narayan, R.; Olson, R. E.; Blackmond, D. G.; Eastgate, M. D.; Schmidt, M. A.; McDonald, I. M.; Baran, P. S., A P(V) platform for oligonucleotide synthesis. Science 2021, 373 (6560), 1265-1270.
Link: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi9727
