Sequence-selective DNA recognition with artificial ligands
Deoxyribonucleic acid (DNA) encodes the genetic data of most organisms. Abnormalities in the genome or the unregulated overexpression of certain genes can be the cause of multiple diseases, such as cancer. Modulating the expression of genes with external agents, called antigene agents, is a long-standing goal in biotechnology and human therapy. Over the last decades, some synthetic examples, such as PNAs and oligoamides, have shown great potential to bind to desired DNA sequences in a site-specific way. However, they also suffer from limitations and sequence constraints, reinforcing the need to develop new and more efficient approaches. Therefore, we present a novel modular system designed to bind to the major groove of DNA in a sequence-selective manner, to be used as an antigene agent.
Chapter 1 will provide the necessary theoretical background to understand the aim and the challenges faced during the development of the present work. Aspects such as the structure and biological relevance of DNA are briefly reviewed, followed by a summary of the state of the art techniques to interfere with DNA function, employing both modified biological systems and entirely artificial approaches.
After outlining the aim of this work Chapter 2, where the concept of our proposed approach is explained and our designed structures are presented, its detailed implementation is discussed in Chapter 3. The synthesis of unusual fused heteroaromatic scaffolds is reported, as well as challenges faced during their preparation and the preliminary NMR binding experiments.
In Chapter 4, the achieved results are summarized, and future challenges and potential improvements are commented.
At the end of this dissertation, experimental procedures are thoroughly detailed, together with an in-depth characterization and spectroscopic data of the synthesized compounds.
Desoxyribonukleinsäure (DNS) kodiert die genetischen Daten der meisten Organismen. Anomalien im Genom oder die unregulierte Überexpression bestimmter Gene können die Ursache für verschiedene Krankheiten wie Krebs sein. Die Modulation der Genexpression mit externen Wirkstoffen, sogenannten Antigenen, ist ein langjähriges Ziel in der Biotechnologie und Humantherapie. In den letzten Jahrzehnten haben einige synthetische Beispiele, wie PNAs und Oligoamide, ein großes Potenzial zur ortsspezifischen Bindung an gewünschte DNA-Sequenzen gezeigt. Diese Beispiele bleiben jedoch eingeschränkt und weisen Sequenzbeschränkungen auf, was die Notwendigkeit verstärkt, neue und effizientere Ansätze zu entwickeln. Daher präsentieren wir ein neuartiges modulares System, das entwickelt wurde, um sequenzselektiv an die große Furche der DNA zu binden und als Antigen zu wirken.
Kapitel 1 bildet den notwendigen theoretischen Hintergrund, um das Ziel der vorliegenden Arbeit zu verstehen sowie die Herausforderungen, derer sich die vorliegende Arbeit angenommen hat. Aspekte wie die Struktur und biologische Relevanz der DNS werden besprochen, gefolgt von einer Zusammenfassung der etablierten Techniken zur Störung der DNS-Funktion, was sowohl durch modifizierte biologische Systeme als auch durch vollständig künstliche Ansätze erfolgen kann.
Nach der Erläuterung des Ziels dieser Arbeit und des Konzeptes des vorgeschlagenen Ansatzes mit den entworfenen Strukturen in Kapitel 2, beschreibt Kapitel 3 die detaillierte Implementierung dieses Konzeptes. Die Synthese außergewöhnlich verbrückter, heteroaromatischer Gerüste wird ebenso beschrieben wie die damit einhergehenden Hürden, die während ihrer Herstellung und den vorläufigen NMR-Bindungsexperimenten bewältigt wurden.
In Kapitel 4 werden die erzielten Ergebnisse zusammengefasst und zukünftige Herausforderungen und Verbesserungspotenziale aufgezeigt.
Am Ende dieser Dissertation werden die durchgeführten experimentellen Verfahren, gemeinsam mit der eingehenden Charakterisierung der synthetisierten Verbindungen und ihrer spektroskopischen Daten, ausführlich beschrieben.