Neue Synthesewege für cyclische Oligoribonukleotide

Im Rahmendieses ProjektswerdenneueSequenz-unabhängigechemische Synthesemethodenzur Herstellung vonkleinenbis mittelgroßencyclischen Oligoribonucleotiden (cRNA) entwickelt. Ihre effiziente Darstellung ist bislang ein ungelöstes Problem und ihr limitierter Zugang stellt eine wesentliche Beeinträchtigung der Beforschung moderner Themenkreise in der RNA-Biologie dar. Die zu erarbeitenden Synthesemethoden zielen auch auf die strukturelleDiversität cyclischer RNAab, die durch Rückgratmodifikationen(wie z.B. 2`-5`-, 5`-5`(3`-3`)-Phosphodiester, Phosphorthioate, Triazolverbrückungen, Amidverbrückungen) und durch den Einbau von Ribosemodifikationen (wie z.B. 2`-OCH3, -F, -H, 2`-O4`-C Methylenverbrückungen (LNA Monomere), 2`- Modifikationen mit reaktiven Funktionen wie Alkin-, Vinyl-, oder Aminogruppen) signifikant erhöht werden soll. Von hohem Stellenwert für das Projekt ist die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Virginijus Siksnys, um die synthetisierten neuen cyclischen RNA-Derivate auf ihr Potential zur Inhibierung oder Aktivierung von CRISPR-assoziierten (Cas) CSM6 Ribonukleasen zu testen; darüber hinaus werden diese in kristallographischen Studien Anwendung finden, um hochauflösende Strukturen ihrer Komplexe mit den entsprechenden Proteinen zu erlangen. Der zugrundeliegende, erst kürzlich entdeckte und auf cRNA basierende Signal-Transduktionsweg koordiniert verschiedene CRISPR-Cas Komponenten um Phageninfektion und -ausbreitung zu verhindern. Das beantragte Forschungsprojekt verbindet daher modernste synthetische bioorganische Chemie mit einer hochaktuellen Thematik aus der RNA-Biologie, nämlich den CRISPR-Cas Systemen. Die zu erwartenden Forschungsergebnisse werden neue potentielle Wege zur chemischen Steuerung von RNA- Targeting-Technologien für Anwendungen in den Biowissenschaften, der Biotechnologie und der Biomedizin aufzeigen.

Im Rahmen dieses Projekts werden neue Sequenz-unabhängige chemische Synthesemethoden zur Herstellung von kleinen bis mittelgroßen cyclischen Oligoribonucleotiden (cRNA) entwickelt. Ihre effiziente Darstellung ist bislang ein ungelöstes Problem und ihr limitierter Zugang stellt eine wesentliche Beeinträchtigung der Beforschung moderner Themenkreise in der RNA-Biologie dar. Das Projekt basiert auf der ursprünglichen Idee, die Standard-Festphasensynthese eines linear geschützten Oligoribonukleotiden und einige hochrentierliche Flüssigphasencyclisierungsansätze kombinieren. Wir entwickelten neue Ansätze für Cyclisierung in Lösung durch die Reaktionen, die 1) hohe Ausbeuten ergeben, 2) unter einfachen Reaktionsbedingungen ablaufen, die mit der Oligoribonukleotidchemie kompatibel sind, und 3) unbedeutende Nebenprodukte erzeugen. Wir glauben, dass die hier vorgestellten Strategien, die alle Vorteile der Festphasen und der Flüssigphasen Methode zusammenfassen, die Synthese erheblich vereinfachen und zu erhöhten Ausbeuten der gewünschten cRNAs führen. Die zu erarbeitenden Synthesemethoden zielen auch auf die strukturelle Diversität cyclischer RNA ab, die durch Rückgratmodifikationen und durch den Einbau von Ribosemodifikationen signifikant erhöht werden soll. Von hohem Stellenwert für das Projekt ist die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Virginijus Siksnys, um die synthetisierten neuen cyclischen RNA-Derivate auf ihr Potential zur Inhibierung oder Aktivierung von CRISPR-assoziierten (Cas) CSM6 Ribonukleasen zu testen; darüber hinaus werden diese in kristallographischen Studien Anwendung finden, um hochauflösende Strukturen ihrer Komplexe mit den entsprechenden Proteinen zu erlangen. Der zugrundeliegende, erst kürzlich entdeckte und auf cRNA basierende Signal-Transduktionsweg koordiniert verschiedene CRISPR-Cas Komponenten um Phageninfektion und -ausbreitung zu verhindern. Das beantragte Forschungsprojekt verbindet daher modernste synthetische bioorganische Chemie mit einer hochaktuellen Thematik aus der RNA-Biologie, nämlich den CRISPR-Cas Systemen. Die erhaltenen und weiter erwarteten Forschungsergebnisse werden neue potentielle Wege zur chemischen Steuerung von RNA- Targeting-Technologien für Anwendungen in den Biowissenschaften, der Biotechnologie und der Biomedizin aufzeigen.