1. Synthesis and properties of aminopropyl nucleosides and nucleic acids : Synthesis and properties of aminopropyl nucleosides and nucleic acids
- Author
-
Zhou, Ding, Van Aerschot, Arthur, and Herdewijn, Piet
- Abstract
Nucleoside analogen zijn als therapeutische klasse reeds lang gek end voor hun antivirale werking. Onder hen vormen de acyclische nucleosi de fosfonaten een aparte subklasse waaronder een aantal sterk actieve an alogen met een breed spectrum aan antivirale activiteit. Als voorbeeld k unnen hier het 9-(S)-[3-hydroxy-2-(phosphono-methoxy)propyl]cytosine&nbs p;[(S)-HPMPC; cidofovir, Vistide] en het 9-[2-(phosphono-methoxy)ethyl]a denine [PMEA, adefovir, Viread] aangehaald worden. Deze worden resp ectievelijk gebruikt voor de behandeling van cytomegalovirus retinitis i n immunogecomprimeerde patiënten, en voor de behandeling van AIDS. In onze speurtocht naar krachtige en selectieve antivirale nucleoside fo sfonaten, werden de synthese en eigenschappen bestudeerd van analogen me t een supplementaire amine groep in de zijketen. Verschillende analogen werden bereid en geëvalueerd, maar slechts een beperkte activiteit kon a angetoond worden tegen het herpes simplex (HSV) en varicella zoster viru s (VZV). In een tweede deel van ons onderzoekswerk, werden dezelfde acycli sche nucleoside analogen aangewend als bouwstenen om kleine stukjes DNA analogen te maken. De aldus bekomen aminopropyl nucleïnezuren (APNAs) zo uden het meest eenvoudige alternatieve nucleïnezuur kunnen vormen. In he t verleden werd reeds de theorie geopperd dat RNA ribonucleïnezuur d e voorloper was van het DNA, dat nu voor alle levensvormen op aarde het centrale informatiesysteem vormt. Het DNA zou dus uit het RNA geëvolueer d zijn als informatiedrager. Maar vermits RNA zelf reeds een complex mol ecule is, wat zou dan de voorloper van RNA geweest zijn? Een recente publicatie suggereert dat een ander nucleïnezuur de dienst k an uitgemaakt hebben, namelijk het (L)-a-threofuranosyl analoog of TNA. In dit rapport werd aangetoond dat TNA strengen een stabiele dubbele hel ix kunnen vormen met zowel complementaire DNA als RNA strengen. Deze eig enschap wordt juist beschouwd als één van de noodzakelijke voorwaar den voor een systeem om als voorloper van RNA te kunnen functioneren. An derzijds is er recent ook heel wat belangstelling voor potentiële nieuwe antisense moleculen (dit is een strategie voor het blokkeren van de tra nsfer van informatie voor het aanmaken van proteïnen). Daarom werden ami nopropyl oligonucleotiden ontwikkeld (R en S-3 -APNA evenals R en S-2 -A PNA) door reductie van het aantal koolstofatomen van een NH-TNA nucleoti de structuur met terzelfdertijd een vermindering van het aantal chirale centra. Hierbij dienden een aantal nieuwe synthese schema s te worden on twikkeld. Fysicochemische studie van de nieuw gevormde structuren toonde echter aan dat na inbouw van enkele acyclische eenheden, de affiniteit voor DNA strengen snel achteruit gaat. Met behulp van UV absorptie studi es kon helaas aangetoond worden dat geen enkele interactie plaats grijpt , noch wat betreft de vorming van acyclische duplexen, noch wat betreft de kruisgewijze paring met DNA of RNA strengen. CHAPTER 1 GENERAL INTRODUCTION 1 1.1. NUCLEOSIDES AND NUCLEOTIDES AS ANTIVIRAL AGENTS 1 1.1.1. INTRODUCTION 1 1.1.2. TARGETS FOR ANTIVIRAL THERAPY 2 1.1.3. NUCLEOSIDE ANALOGS AS THERAPEUTIC AGENTS4 3 1.1.4. GENERAL MODE OF ACTION OF NUCLEOSIDE ANALOGS 3 1.1.5. SUGAR-MODIFIED NUCLEOSIDE ANALOGS 5 1.1.5.1. 2´-Deoxynucleosides and related drugs 5 1.1.5.2. 2’,3’-Dideoxynucleoside analogs and Carbocyclic nucleoside analogs 6 1.1.5.3. Acyclic nucleoside analogs 8 1.1.6. ACYCLIC NUCLEOSIDE PHOSPHONATES 10 1.1.6.1. Mechanism of antiviral action 12 1.2. CHEMICAL ETIOLOGY OF THE NUCLEIC ACID STRUCTURE 14 1.2.1. INTRODUCTION 14 1.2.2. RNA WORLD 15 1.2.3. CHEMICAL ETIOLOGY OF NUCLEIC ACID STRUCTURE 17 1.2.3.1. Hexopyranosyl-(4' 6') Oligonucleotide Systems (Homo-DNA) 18 1.2.3.2. Pentopyranosyl-(2' 4') Oligonucleotide Systems (p-RNA) 20 1.2.3.3. (L)-α-threofuranosyl oligonucleotides (TNA, NH-TNA) 21 1.2.3.4. Peptide nucleic acids (PNAs) 23 1.2.3.5. Acylic flexible backbone- glycol nucleic acid (GNA) 24 1.3. RATIONALE AND OBJECTIVES OF THE STUDY 25 1.3.1. SYNTHESIS OF AMINOPROPYL PHOSPHONATE NUCLEOSIDES WITH PURINE AND PYRIMIDINE BASES 25 1.3.2 THE SIMPLEST NUCLEIC ACID ALTERNATIVE: AMINOPROPYL NUCLEIC ACIDS (APNAS) 26 REFERENCES 28 CHAPTER 2 SYNTHESIS OF AMINOPROPYL PHOSPHONATE NUCLEOSIDES WITH PURINE AND PYRIMIDINE BASES 33 2.1. INTRODUCTION 33 2.2. RESULTS AND DISCUSSION 34 2.2.1. Synthesis of Aminopropyl Phosphonate Nucleosides 1a-d: 34 2.2.2. Synthesis of Aminopropyl Phosphonate Nucleosides 2a-d: 36 2.2.3. Synthesis of Aminopropyl Phosphonate Nucleosides 3a-d: 37 2.2.4. HPLC purification and analysis of all aminopropyl phosphonate nucleosides 1, 2 and 3 39 2.3. BIOLOGICAL RESULTS 40 2.4. CONCLUSION 41 2.5. EXPERIMENTAL PART 41 CHAPTER 3 SYNTHESIS AND PROPERTIES OF AMINOPROPYL NUCLEIC ACIDS (APNA) 60 3.1. INTRODUCTION 60 3.2. RESULTS AND DISCUSSION 62 3.2.1. SYNTHESIS OF PROTECTED (R)-ACYCLIC NUCLEOSIDES 62 3.2.2. SYNTHESIS OF PROTECTED (S)-ACYCLIC NUCLEOSIDES 64 3.2.3. SYNTHESIS OF THE DIMERS WITH ACYCLIC NUCLEOSIDES 65 3.2.3.1. Solution phase synthesis of dimer with phosphoramidite methodology. 65 3.2.3.2. Solution phase synthesis of dimer with phosphotriester methodology. 66 3.2.4. SYNTHESIS OF DIMERS FOR OLIGONUCLEOTIDE SYNTHESIS 67 3.2.5. SYNTHESIS OF OLIGONUCLEOTIDES WITH AYCLIC 3’NH-PHOSPHORAMIDATE LINKAGE 68 3.2.6 PAIRING PROPERTIES OF OLIGONUCLEOTIDE SEQUENCES CONTAINING A 3’-NH- PHOSPHORAMIDATE LINKAGE 69 3.3. CONCLUSION 72 3.4. ADDENDUM: NUCLEOSIDE ANALOGS 73 3.4.1. Synthesis of new acyclic universal nucleoside analogs with 5-nitroindazole 73 3.4.2. Synthesis of oligonucleotides with new nucleoside analogs. 74 3.4.3 Pairing properties of oligonucleotide sequences containing universal nucleosides 75 3.4.4. Conclusion 76 3.5. EXPERIMENTAL PART 77 REFERENCES 96 CHAPTER 4 CHEMICAL ETIOLOGY OF NUCLEIC ACID STRUCTURE: AMINOPROPYL NUCLEIC ACIDS (APNAS) 97 4.1. INTRODUCTION 97 4.2. RESULTS AND DISCUSSION 99 4.2.1. Synthesis of amino protecting group t-Bumeoc (1-(3,5-di-tert-butylphenyl)-1-methylethoxycarbonyl) for the building blocks. 100 4.2.2. Synthesis of protected (R)- and (S)-3’-acyclic nucleosides (3’-APNs) 102 4.2.3. Synthesis of protected (R)- and (S)-2’-aminopropyl nucleosides. (2’-APNs) 103 4.2.4. Synthesis of oligonucleotides with ayclic 3’ or 2’NH -phosphoramidate linkages 105 4.2.4.1. Synthesis of oligonucleotides with incorporation of 3’-aminopropyl thymidine 19b – Test reactions 106 4.2.4.2. Synthesis of fully modified oligonucleotides with acyclic 3’ or 2’NH -phosphoramidate linkages 109 4.2.5. Pairing properties of the acyclic phosphoramidates. 114 4.3. CONCLUSION 116 4.4. EXPERIMENTAL PART 117 REFERENCES 132 GENERAL CONCLUSIONS AND SUMMARY 133 PART 1: SYNTHESIS OF AMINOPROPYL PHOSPHONATE NUCLEOSIDES WITH PURINE AND PYRIMIDINE BASES 133 PART 2: SYNTHESIS AND PROPERTIES OF AMINOPROPYL NUCLEIC ACIDS (APNA) 134 REFERENCE 136 SAMENVATTING 137 DEEL 1 : SYNTHESE VAN AMINOPROPYL FOSFONAAT NUCLEOSIDE ANALOGEN MET EEN PURINE OF PYRIMIDINE BASE 137 DEEL 2 : SYNTHESE EN EIGENSCHAPPEN VAN AMINOPROPYL NUCLEÏNEZUREN (APNA) 138 REFERENTIE 140 nrpages: 140 status: published
- Published
- 2006