点击核酸的制作方法
【专利摘要】本发明披露点击核酸单体和含有这些单体的聚合物。所述点击核酸单体包括任选保护的硫醇部分、任选保护的硫醇-点击受体部分及任选保护的核碱基(NB)，在一些实例中，所述核碱基为A、G、T、U或C核碱基。在一些实例中，所述点击核酸单体包括N-乙烯基硫醇乙酰胺(VTA)主链。在其它实例中，所述点击核酸单体包括N-乙烯基硫醇乙胺(VTE)主链。本发明还披露了使用这些聚合物例如代替如DNA或RNA等天然存在的核酸聚合物应用，及如PNA或吗啉基核酸等合成核酸聚合物应用的方法。
【专利说明】点击核酸
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核酸模拟物，并且具体地说，涉及具有硫醚主链的核酸模拟物，制备这 些核酸模拟物的方法及其用途。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请要求2012年3月29日申请的美国临时申请第61/617, 145号的优先权益， 所述申请是以全文引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0004] 核酸类分子，如DNA、RNA和PNA，在生物学和生物医学系统（不管是用于基因敲除、 作为适体、用于药物递送和靶向）、生物检测和许多其它领域中的实施和激励人心的应用的 水平持续不断增加。
[0005] DNA是最有能力并且最强大的分子之一：充当遗传材料或作为适体；与互补链杂 交；在转录/翻译中起作用并且能够诱导纳米结构的组织和形成。不幸的是，DNA的技术利 用任然惊人地昂贵和/或难以广泛实施，只能用于最有价值的应用中，特别是作为材料。作 为合成替代物，开发出了肽核酸（peptidenucleicacid,PNA)并且发现PNA能与互补PNA 或DNA分子杂交。
[0006] 首个PNA是使用氨基乙基甘氨酸（aminoethylglycin，AEG)主链合成的，所述主链 是基于基本分子模型选择，其指示了与DNA的磷酸核糖主链类似的重复单元距离和最佳的 键角。自发现PNA起，已经合成并评价了若干PNA变体，揭露了杂交所需的基本结构限制。 最关键的限制看来是沿所述链的主链的侧接核碱基之间的距离，这一距离最佳为六个碳原 子。尽管已观察到在核碱基之间具有5或7个原子的间隔子的PNA与ssDNA杂交，但如通过 较高的熔融温度所指示，具有6个原子的间隔子的PNA主链变体展现出较高的稳定性。PNA 已经被广泛用于自组装和靶向性药物递送中。尽管PNA具有优于DNA的益处，但它们受到 形成反应的特征以及肽主链的限制。这些问题中有需要反应物大量过量、相对较慢的反应 动力学和对于副反应的诸多关注。因此，需要另外的核酸模拟物。本发明满足了这一需求。
【发明内容】
[0007] 本文披露了可以用于产生聚硫醚核酸的单体CNA分子、结构或结构单元。在一 些实施例中，硫醚核酸单体包括任选保护的硫醇部分、任选保护的硫醇-点击受体（click acceptor)、任选保护的核碱基以及包括如碳（C)、氮（N)或硼（B)等3价或更高价态的原子 的主链。所述硫醇、所述硫醇-点击受体和所述核碱基是通过共价键独立地连接到所述主 链。在一些实例中，所述主链包括3价或更高价态的另外的原子。在一些实施例中，所述硫 醚核酸单体另外包括连接子，其中所述连接子将所述核碱基共价连接到所述3价或更高价 态的原子。在一些实例中，所述连接子包括-c(o)c-。在一些实施例中，所述连接子和所述 核喊基为核喊基侧链（nucleobasesidechain，NS)。
[0008] 在一些实施例中，点击核酸单体具有以下结构：
[0009]
【权利要求】
1. 一种点击核酸单体，其包含： 任选保护的硫醇； 任选保护的硫醇-点击受体； 任选保护的核碱基（NB);及 主链，其包含3价或更高价态的原子， 其中所述任选保护的硫醇、所述任选保护的硫醇-点击受体部分及所述任选保护的核 碱基独立地与所述主链共价连接。
2. 如权利要求1所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸单体具有以下结构：
其中Z为具有3价或更高价态的原子；NS为核碱基侧基，包含所述任选保护的核碱基 (NB) ;T为所述任选保护的硫醇；并且TCA是所述任选保护的硫醇-点击受体。
3. 如权利要求1或2所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸主链包括一个或多个3 价的另外的原子。
4. 如权利要求1到3中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸单体具 有以下结构：
$ 其中Y和Z为具有3价或更高价态的原子；η为O到4的整数；NS是所述核碱基侧基，包 含所述任选保护的核碱基；T为所述任选保护的硫醇；并且TCA是所述任选保护的硫醇-点 击受体。
5. 如权利要求1到3中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸单体具 有以下结构：
其中Y和Z为具有3价或更高价态的原子；η为O到4的整数；m为O到4的整数；NS 是核碱基侧基，其包括任选保护的核碱基；T为任选保护的硫醇；并且TCA是任选保护的硫 醇-点击受体。
6. 如权利要求1到3中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸单体具 有以下结构：
其中Y和Z为具有3价或更高价态的原子；η为O到4的整数；NS是所述核碱基侧基，包 含所述任选保护的核碱基；T为所述任选保护的硫醇；并且TCA是所述任选保护的硫醇-点 击受体。
7. 如权利要求1到3中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述点击核酸单体具 有以下结构：
其中η为彡O的整数并且m为>0的整数,η+m介于1与7之间；NS为所述核碱基侧基， 包含所述任选保护的核碱基；T为所述任选保护的硫醇部分；TCA为任选取代的硫醇反应性 部分；Z为3价或更高价态的原子；并且R 1和R2独立地为氢、羟基、芳香族基团、胺、羧基和 羰基的组合，这些基团任选被取代。
8. 如权利要求1到7中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述核碱基侧基包含 连接子，其中所述连接子将所述核碱基共价连接到所述3价或更高价态的原子。
9. 如权利要求8所述的点击核酸单体，其中所述连接子包含-C (O) C-。
10. 如权利要求1到9中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述任选保护的硫 醇-点击受体包含乙烯基、乙烯基醚、烯丙基醚、降冰片烯、乙烯基砜、环氧基、丙烯酸酯、异 氰酸酯、炔、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、卤化物或其烷基延长。
11. 如权利要求10所述的点击核酸单体，其中所述乙烯基部分具有以下结构： -CR5 = CR6R7, 其中R5、R6和R7独立地为氢、烃基、被取代的烃基、被取代的杂环基、烷基、被取代的烷 基、酰基、-C (0) R、-C (0) OR或-C (0) NRaRb、芳基或被取代的芳基或杂环。
12. 如权利要求1到11中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述3价或更高价 态的原子为氮（N)或碳（C)。
13. 如权利要求1到12中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体具有包括 所述硫代部分和所述任选保护的硫醇-点击受体的末端碳在内的5到9个原子的重复单 J Li 〇
14. 如权利要求1到13中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体具有包括 所述硫醇部分和所述任选保护的硫醇-点击受体的末端碳在内的6个原子的重复单元。
15. 如权利要求1到14中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述硫醇部分被保 护。
16. 如权利要求1到15中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述硫醇-点击受 体被保护。
17. 如权利要求1到16中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述核碱基被保护。
18. 如权利要求1到17中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中NS基团具有以下结 构：
其中NB为任选保护的核碱基。
19. 如权利要求1到18中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述任选保护的硫 醇具有以下结构：
其中P为O到4的整数，并且其中亚甲基任选并且独立地被芳基、羟基、羰基、羧酸和其 它酸、氨基、烷基酰胺、硫醚、环、杂环及其烷基延长取代。
20. 如权利要求1到19中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述任选保护的硫 醇具有以下结构：
21. 如权利要求1到20中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述任选保护的硫 醇-点击受体为任选取代的乙烯基、乙烯基醚、烯丙基醚、降冰片烯、异氰酸酯、乙烯基砜、 环氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酰亚胺、卤化物及其烷基延长。
22. 如权利要求1到21中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述任选保护的硫 醇-点击受体包含以下之一：
其中X为卤化物并且R为氢或烷基链。
23. 如权利要求1到22中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体包含N-乙 烯基硫醇乙酰胺（VTA)主链。
24. 如权利要求1到22中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体包含N-乙 烯基硫醇乙胺（VTE)主链。
25. 如权利要求1到24中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体包含A、G、 T、U或C核碱基。
26. 如权利要求1到25中任一权利要求所述的点击核酸单体，其中所述单体包含图4、 5、7-14或18中的任一个中所示的点击核酸。
27. -种点击核酸聚合物，其包含通过硫醇硫醇-点击受体反应与另一如权利要求1到 26中任一权利要求所述的点击核酸单体共价连接的如权利要求1到26中任一权利要求所 述的点击核酸单体。
28. 如权利要求27所述的点击核酸聚合物，其中所述点击核酸聚合物与效应分子共价 连接。
29. 如权利要求28所述的点击核酸聚合物，其中所述效应分子为可检测标记物。
30. 如权利要求28所述的点击核酸聚合物，其中所述效应分子为生物活性化合物。
31. 如权利要求27到30中任一权利要求所述的点击核酸聚合物，其中所述硫醚聚合物 与表面结合。
32. -种阵列，其包含如权利要求27到31中任一权利要求所述的点击核酸聚合物。
33. -种组合物，其包含如权利要求27到30中任一权利要求所述的可点击核酸聚合 物。
34. 如权利要求32所述的组合物，另外包含生理学上可接受的载剂。
35. -种制备点击核酸单体的方法，其包含图5、8和/或15中所示的方案。
36. 如权利要求35所述的方法，其中所述点击核酸单体包含如权利要求1到27中任一 权利要求所述的点击核酸单体。
37. -种制备点击核酸聚合物的方法，其包含图2、9或15中所示的方案。
38. -种如权利要求27到31中任一权利要求所述的点击核酸聚合物的用途。
【文档编号】C12Q1/68GK104271772SQ201380024075
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】C·N·鲍曼, C·J·克罗新, 席伟贤 申请人:科罗拉多州立大学董事会,公司实体