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Peptide nucleic acid #
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Category
Biology

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Peptide nucleic acid(PNA)는 생화학자 Peter Nielsen에 의해 개발된 oligonucleotide와 유사한 형태의 nucleic acid이다. 구조적 특징은 일반적인 DNA의 구조에서 phosphodiester backbone이 2-aminoethyl-glycine으로 대체된 형태를 갖추고 있다. PNA의 세포내 생물학적 반응 특징은 single strand DNA, RNA와 친화력을 가지고 있고 결합력이 강하여 세포내 promoter region에 결합하여 transcription 및 translation에 영향을 줄 수 있다.

Applications #

High affinity and sequence selectivility #

PNA는 특정 DNA/RNA서열을 인식하여 hybridization을 형성하는데, 특히 Uncharged polyamide backbone을 가지고 있으므로 electrostatic repulsion 없이 강한 결합을 가질 수 있다. PNA/DNA duplex는 DNA/DNA duplex보다 더 강한 결합력을 가지게 되고 low salt concentration에서도 잘 결합한다. PNA oligomer가 13-18bp일 때 가장 강한 결합력을 가지게 된다. 반면 PNA/DNA deplex는 DNA/DNA deplex 보다 서열간 mismatch에 더 많은 영향을 받아서 불안정해 진다. 이러한 PNA의 높은 affinity와 sequence selectivility를 이용하여 DNA/RNA microarray, SNP assay, PCR 등 질병의 진단/치료제 개발에 이용할 수 있다.

Antigene and antisense applications #

PNA는 유전자 치료 약물들을 디자인하는 분야에서 크게 활용될 수 있다. 이러한 application이 가능한 이유는 앞서 서술한 single strand DNA, RNA와 친화력을 가지고 있는 특성때문이다. 세포내 PNA가 DNA의 promoter region이나 coding region에 결합하게 되면 RNA polymerase와의 결합을 방해하여 transcription을 저해하고 RNA도 마찬가지고 translation에 영향을 줄 수 있다. 실제 활용될 수 있는 한가지 예를 들자면 virus 유전자를 타겟으로 PNA를 결합시키게 되면 virus 병원성 단백질의 발현을 저해시키는 효과를 가져올 수 있다.

Molecular-biological tool application #

PNA는 또한 다양한 분자생물학 기법에 활용될 수 있다. 특히, PCR의 경우에는 PNA를 불필요한 sequence와 결합시켜 원하는 영역 sequence 증폭에 활용될 수 있으며, 이는 좀 더 정확하고 신속하게 증폭을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그 이외에 Southern blot 등 다양한 분자생물학 기법에 활용될 수 있다.

Tools #

PNA design tool #

PNA 디자인을 위한 웹 도구는 ABi와 PNABio에서 제공하는 것이 있다.

PNA서열을 입력으로 넣어주면 PNA의 Tm, GC 함량, Purines %, Purine Stretch 등의 정보를 제공한다. 이들 도구에서는 최적의 PNA를 위한 가이드 라인을 제공한다. 내용은 다음과 같다.

  1. length: 18base 이하
  2. Purine Content: 60%미만
  3. purine-stretch (A,G가 연달아나오는 형태) 4개 미만, 단 GGG도 안됨
  4. self-complementary: inverse repeats, hairpins, palindrome안됨

Reference #

  1. ARGHYA AND BENGT NORDEN (2000), Peptide nucleic acid (PNA): its medical and biotechnical applications and promise for the future.

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