Selbst-spaltende Molecular Beacons für die amplifizierende Nukeinsäuredetektion

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Seitz
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456693735

Chemische Reaktionen, die von DNA- oder RNA-Templaten kontrolliert werden, bilden die methodische Grundlage für Anwendungen in der Nukleinsäurediagnostik, der Entwicklung kodierter Wirkstoffbibliotheken und potentiell für die Theranostik. In diesem Vorhaben wird ein photochemisches Amplifikationssystem entwickelt, um spezifische Nukleinsäuremoleküle hochempfindlich nachweisen zu können. Fernziel ist es, auch gering abundante mRNA in lebenden Zellen detektieren zu können. Hierfür werden in diesem Projekt DNA-Molecular Beacons (scMB, self cleaving MB) konzipiert, die nach Bindung an das DNA/RNA-Target eine Selbstspaltungsreaktion eingehen. Im Gegensatz zu bisher publizierten chemischen Amplifikationssystemen, die auf Reaktionen und Wechselwirkungen von zwei bis vier Oligonukleotiden beruhen, wird bei der neu entwickelten Reaktion nur ein Sondenmolekül benötigt. Erstmals haben die Produkte der Selbstspaltungsreaktion eine niedrigere Affinität für das Templat (= Target) als die Edukte. Ohne von der üblichen Produktinhibierung betroffen zu sein, wird damit das Templat katalytische Wirksamkeit erlangen. Der Einbau der Selbstspaltungsoption wird den weit verbreiteten, unimolekularen DNA-Molecular Beacons höhere Empfindlichkeit verleihen.Ein selbsstpaltender Molecular Beacon (scMB) enthält einen durch Photokatalyse spaltbaren Linker SL. Ein Fluorophor F dient zum einen als Reportergruppe und zum anderen als Initiator eines Elektronentransfers. In Abwesenheit des Targets nimmt der scMB eine Haarnadelstruktur ein, in der eine Löschergruppe die Lebensdauer des angeregten Zustands erniedrigt. Zugabe des Targets = Templat öffnet den scMB, der Löscher entfernt sich und F kann die Spaltung von SL photokatalysieren. Die Fluoreszenz steigt. Verdrängung der Spaltprodukte leitet einen neuen katalytischen Zyklus ein, der die Signale von F amplifiziert. In diesem Forschungsvorhaben werden photokatalytisch spaltbare Linkergruppen optimiert, Photokatalyse-kompetente Fluorophore identifiziert und Methoden für die divergente Synthese von scMB-Sonden entwickelt. Durch Strukturvariationen der scMB-Sonden werden wir die Voraussetzungen für effiziente RNA-Templat-induzierte Photospaltungsreaktionen klären, bevor erste Versuche zur Detektion von mRNA in Zellen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen