डीऑक्सीराइबोजाइम

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डीऑक्सीराइबोजाइम , जिसे डीएनए एंजाइम , डीएनएजाइम या उत्प्रेरक डीएनए भी कहा जाता है, डीएनए oligonucleotide हैं जो एक विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया करने में सक्षम हैं, अक्सर लेकिन हमेशा उत्प्रेरण नहीं। यह अन्य जैविक एंजाइमों की क्रिया के समान है, जैसे कि प्रोटीन या राइबोजाइम (आरएनए से बने एंजाइम)।[1] हालांकि, जैविक प्रणालियों में प्रोटीन एंजाइमों की प्रचुरता और 1980 के दशक में जैविक राइबोजाइम की खोज के विपरीत, रेफरी>Kruger K, Grabowski PJ, Zaug AJ, Sands J, Gottschling DE, Cech TR (November 1982). "सेल्फ-स्प्लिसिंग आरएनए: राइबोसोमल आरएनए इंटरवेनिंग सीक्वेंस ऑफ टेट्राहिमेना का ऑटोएक्सिशन और ऑटोसाइक्लाइजेशन". Cell. 31 (1): 147–157. doi:10.1016/0092-8674(82)90414-7. PMID 6297745. S2CID 14787080. </ref>[2] स्वाभाविक रूप से होने वाले डीऑक्सीराइबोजाइम के लिए बहुत कम सबूत हैं।[3][4] डीऑक्सीराइबोजाइम को डीएनए aptamer के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए जो ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड हैं जो चुनिंदा रूप से एक लक्ष्य लिगैंड को बांधते हैं, लेकिन बाद की रासायनिक प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित नहीं करते हैं।

राइबोजाइम के अपवाद के साथ, कोशिकाओं के भीतर न्यूक्लिक एसिड अणु मुख्य रूप से पूरक आधार जोड़े बनाने की क्षमता के कारण आनुवंशिक जानकारी के भंडारण के रूप में कार्य करते हैं, जो उच्च-निष्ठा डीएनए प्रतिकृति और आनुवंशिक जानकारी के प्रतिलेखन (आनुवंशिकी) आनुवंशिकी) की अनुमति देता है। इसके विपरीत, न्यूक्लिक एसिड के अणु प्रोटीन एंजाइम की तुलना में अपनी उत्प्रेरक क्षमता में केवल तीन प्रकार के इंटरैक्शन तक सीमित होते हैं: हाइड्रोजन बंध , स्टैकिंग (रसायन विज्ञान) , और समन्वय परिसर | धातु-आयन समन्वय। यह न्यूक्लियोटाइड के कार्यात्मक समूह ों की सीमित संख्या के कारण है: जबकि प्रोटीन विभिन्न कार्यात्मक समूहों के साथ बीस अलग-अलग एमिनो एसिड से निर्मित होते हैं, न्यूक्लिक एसिड सिर्फ चार रासायनिक रूप से समान न्यूक्लियोबेस से निर्मित होते हैं। इसके अलावा, डीएनए में आरएनए में पाए जाने वाले हाइड्रॉकसिल समूह का अभाव होता है जो राइबोजाइम की तुलना में भी डीऑक्सीराइबोजाइम की उत्प्रेरक क्षमता को सीमित करता है।[5]

डीएनए उत्प्रेरक गतिविधि की अंतर्निहित हीनता के अलावा, प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले डीऑक्सीराइबोजाइम की स्पष्ट कमी मुख्य रूप से न्यूक्लिक एसिड डबल हेलिक्स के कारण भी हो सकती है। जैविक प्रणालियों में डीएनए की डबल-स्ट्रैंडेड संरचना जो इसके भौतिक लचीलेपन और न्यूक्लिक बनाने की क्षमता को सीमित कर देगी। एसिड तृतीयक संरचना, और इसलिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने के लिए डबल-फंसे डीएनए की क्षमता को काफी हद तक सीमित कर देगी;[5]हालांकि जैविक एकल-फंसे डीएनए के कुछ ज्ञात उदाहरण हैं जैसे मल्टीकॉपी सिंगल-फंसे डीएनए ए (एमएसडीएनए), कुछ वायरस # जीनोम, और डीएनए प्रतिकृति # प्रतिकृति कांटा डीएनए प्रतिकृति के दौरान गठित। डीएनए और आरएनए के बीच और संरचनात्मक अंतर भी जैविक डीऑक्सीराइबोजाइम की कमी में एक भूमिका निभा सकते हैं, जैसे आरएनए बेस यूरैसिल की तुलना में डीएनए बेस थाइमिडीन का अतिरिक्त मिथाइल समूह या न्यूक्लिक एसिड डबल हेलिक्स को अपनाने के लिए डीएनए की प्रवृत्ति#हेलिक्स ज्यामिति | बी-फॉर्म हेलिक्स जबकि आरएनए ए-डीएनए | ए-फॉर्म हेलिक्स को अपनाने के लिए जाता है।[1]हालांकि, यह भी दिखाया गया है कि डीएनए संरचनाएं बना सकता है जो आरएनए नहीं कर सकता है, जो यह बताता है कि, हालांकि संरचनाओं में मतभेद हैं जो प्रत्येक बना सकते हैं, न ही उनके संभावित संरचनात्मक रूपों के कारण स्वाभाविक रूप से कम या ज्यादा उत्प्रेरक है।[1]

2021 में, ज्ञात डीऑक्सीराइबोजाइम को सूचीबद्ध करने के लिए DNAmoreDB डेटाबेस जारी किया गया था।[6]


प्रकार

राइबोन्यूक्लिअस

17E DNAzyme का ट्रांस-फॉर्म (दो अलग-अलग स्ट्रैंड)। अधिकांश राइबोन्यूक्लिअस डीएनएजाइम का एक समान रूप होता है, जिसमें एक अलग एंजाइम स्ट्रैंड (blue/सियान) और सबस्ट्रेट स्ट्रैंड (काला) होता है। ) पूरक आधारों की दो भुजाएं एंजाइम स्ट्रैंड पर उत्प्रेरक कोर (सियान) और सिंगल राइबोन्यूक्लियोटाइड (red) को फ़्लैंक करती हैं। सब्सट्रेट स्ट्रैंड। तीर राइबोन्यूक्लियोटाइड दरार स्थल को दर्शाता है।

डीऑक्सीराइबोजाइम का सबसे प्रचुर वर्ग राइबोन्यूक्लीज हैं, जो एक ट्रान्सएस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया के माध्यम से एक राइबोन्यूक्लियोटाइड्स फॉस्फोडाइस्टर बांड के बंधन दरार को उत्प्रेरित करते हैं, जिससे 2'3'-चक्रीय फास्फेट टर्मिनस और 5'-हाइड्रॉक्सिल टर्मिनस बनता है।[5][7]

राइबोन्यूक्लिअस डीऑक्सीराइबोजाइम आमतौर पर लंबे, एकल-फंसे ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के रूप में चयन से गुजरते हैं जिनमें दरार स्थल के रूप में कार्य करने के लिए एक एकल राइबोन्यूक्लियोटाइड आधार होता है। एक बार अनुक्रमित होने के बाद, डीऑक्सीराइबोजाइम के इस एकल-फंसे सीआईएस-रूप को सब्सट्रेट डोमेन (राइबोन्यूक्लियोटाइड क्लीवेज साइट युक्त) और एंजाइम डोमेन (उत्प्रेरक कोर युक्त) को अलग-अलग स्ट्रैंड में अलग करके दो-स्ट्रैंडेड ट्रांस-फॉर्म में परिवर्तित किया जा सकता है। पूरकता (आणविक जीव विज्ञान) # डीएनए और आरएनए आधार जोड़ी पूरक आधार जोड़े से मिलकर दो फ़्लैंकिंग हथियारों के माध्यम से न्यूक्लिक एसिड संकरण कर सकते हैं।

पहला ज्ञात डीऑक्सीराइबोजाइम एक राइबोन्यूक्लीज था, जिसे 1994 में रोनाल्ड ब्रेकर द्वारा खोजा गया था, जबकि स्क्रिप्स अनुसंधान संस्थान में गेराल्ड जॉयस की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टोरल फेलो। रेफरी नाम = पहला>Breaker RR, Joyce GF (December 1994). "एक डीएनए एंजाइम जो आरएनए को साफ करता है". Chemistry & Biology. 1 (4): 223–229. doi:10.1016/1074-5521(94)90014-0. PMID 9383394.</ref> यह डीऑक्सीराइबोजाइम, जिसे बाद में जीआर-5 नाम दिया गया, रेफरी नाम = जीआर-5>Lan T, Furuya K, Lu Y (June 2010). "क्लासिक लेड DNAzyme पर आधारित एक अत्यधिक चयनात्मक लीड सेंसर". Chemical Communications. 46 (22): 3896–3898. doi:10.1039/B926910J. PMC 3071848. PMID 20407665.</ref> लीड को उत्प्रेरित करता है|Pb2+ - एक एकल राइबोन्यूक्लियोटाइड फ़ॉस्फ़ोएस्टर का निर्भर विच्छेदन ऐसी दर पर जो उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की तुलना में 100 गुना से अधिक है।[8] इसके बाद, मैग्नीशियम | Mg सहित विभिन्न धातु कॉफ़ेक्टर (जैव रसायन) को शामिल करने वाले अतिरिक्त आरएनए-क्लीविंग डीऑक्सीराइबोजाइम विकसित किए गए।2+-निर्भर E2 डीऑक्सीराइबोजाइम[9] और कैल्शियम|Ca2+-निर्भर Mg5 डीऑक्सीराइबोजाइम।[10] ये पहले डीऑक्सीराइबोजाइम एक पूर्ण आरएनए सब्सट्रेट स्ट्रैंड को उत्प्रेरित करने में असमर्थ थे, लेकिन चयन प्रक्रिया में पूर्ण आरएनए सब्सट्रेट स्ट्रैंड को शामिल करके, डीऑक्सीराइबोजाइम जो एक एकल आरएनए बेस के साथ पूर्ण आरएनए या पूर्ण डीएनए वाले सब्सट्रेट के साथ कार्य करते थे, दोनों का उपयोग करने में सक्षम थे। .[11] इन अधिक बहुमुखी डीऑक्सीराइबोजाइमों में से पहला, 8-17 और 10–23, वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से अध्ययन किए जाने वाले डीऑक्सीराइबोजाइम हैं। वास्तव में, बाद में खोजे गए कई डीऑक्सीराइबोजाइम में 8-17 के समान उत्प्रेरक कोर मोटिफ पाए गए थे, जिसमें पहले से खोजे गए Mg5 भी शामिल थे, यह सुझाव देते हुए कि यह आकृति आरएनए दरार समस्या के लिए सबसे सरल समाधान का प्रतिनिधित्व करती है।[7][12] 10-23 डीएनएजाइम में 15-न्यूक्लियोटाइड उत्प्रेरक कोर होता है जो दो सब्सट्रेट मान्यता डोमेन से घिरा होता है। यह डीएनएजाइम पूरक आरएनए को एक अयुग्मित प्यूरीन और एक युग्मित पाइरीमिडीन के बीच एक अनुक्रम विशिष्ट तरीके से कुशलतापूर्वक साफ करता है। AU या GU बनाम GC या AC को लक्षित करने वाले DNAzyme अधिक प्रभावी होते हैं। इसके अलावा, आरएनए दरार दरों को उत्प्रेरक लूप के जंक्शन पर इंटरकेलेटर्स की शुरूआत या डीओक्सीग्यूनिन के साथ डीऑक्सीइनोसिन के प्रतिस्थापन के बाद वृद्धि के लिए दिखाया गया है। विशेष रूप से, उत्प्रेरक के लिए 2'-ओ-मिथाइल संशोधनों के अलावा इन विट्रो और विवो दोनों में दरार दर में काफी वृद्धि हुई है।

रेफरी नाम = इंसुलिन जैसी वृद्धि को लक्षित करना>Fokina AA, Meschaninova MI, Durfort T, Venyaminova AG, François JC (March 2012). "10-23 DNAzymes के साथ इंसुलिन जैसे विकास कारक I को लक्षित करना: उत्प्रेरक कोर में 2'-O-मिथाइल संशोधन mRNA दरार को बढ़ाते हैं". Biochemistry. 51 (11): 2181–2191. doi:10.1021/bi201532q. PMID 22352843.</ref> अन्य उल्लेखनीय डीऑक्सीराइबोजाइम राइबोन्यूक्लिअस वे हैं जो एक निश्चित कॉफ़ेक्टर के लिए अत्यधिक चयनात्मक होते हैं। इस समूह में धातु चयनात्मक डीऑक्सीराइबोजाइम हैं जैसे कि लेड|पीबी2+-विशिष्ट 17E,[13] यूरेनिल|यूओ22+-विशिष्ट 39E,[14] और सोडियम|ना+-विशिष्ट A43.[15] डीएनएजाइम की पहली क्रिस्टल संरचना 2016 में रिपोर्ट की गई थी। रेफरी>Ponce-Salvatierra A, Wawrzyniak-Turek K, Steuerwald U, Höbartner C, Pena V (January 2016). "डीएनए उत्प्रेरक की क्रिस्टल संरचना". Nature. 529 (7585): 231–234. Bibcode:2016Natur.529..231P. doi:10.1038/nature16471. PMID 26735012. S2CID 4461523.</ref>[16] 10-23 कोर आधारित डीएनएजाइम और संबंधित एमएनएजाइम जो परिवेश के तापमान पर प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं, 2018 में वर्णित किए गए थे। [17] और हीटिंग की आवश्यकता के बिना कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए इन न्यूक्लिक एसिड आधारित एंजाइमों के उपयोग के लिए दरवाजे खोलें।

यह लिंक और /101/1/65 यह लिंक डीएनए अणु 5'-GGAGAACGCGAGGCAAGGCTGGGAAATGTGGATCACGATT-3' का वर्णन करें, जो एक डीऑक्सीराइबोजाइम के रूप में कार्य करता है जो एक थाइमिन डिमर की मरम्मत के लिए प्रकाश का उपयोग करता है, सेरोटोनिन को कॉफ़ेक्टर (जैव रसायन) के रूप में उपयोग करता है।

आरएनए लिगेज

विशेष रुचि के डीएनए लिगैस हैं।[5]इन अणुओं ने आरएनए शाखाओं की प्रतिक्रियाओं में उल्लेखनीय रसायन विज्ञान का प्रदर्शन किया है। हालांकि आरएनए स्ट्रैंड में प्रत्येक दोहराई जाने वाली इकाई एक मुक्त हाइड्रॉक्सिल समूह का मालिक है, डीएनए लिगेज उनमें से सिर्फ एक को शाखा के शुरुआती बिंदु के रूप में लेता है। यह पारंपरिक कार्बनिक रसायन विज्ञान के साथ नहीं किया जा सकता है।

अन्य प्रतिक्रियाएं

तब से कई अन्य डीऑक्सीराइबोजाइम विकसित किए गए हैं जो डीएनए फास्फोरिलीकरण, डीएनए एडिनाइलेशन , डीएनए डिग्लाइकोसिलेशन , पॉरफाइरिन धातुकरण , थाइमिन डिमर फोटोरिवर्सन को उत्प्रेरित करते हैं।[18] और डीएनए दरार।

तरीके

Main article: Systematic evolution of ligands by exponential enrichment


इन विट्रो चयन

क्योंकि प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले डीऑक्सीराइबोजाइम ज्ञात नहीं हैं, अधिकांश ज्ञात डीऑक्सीराइबोजाइम अनुक्रमों को इन विट्रो चयन तकनीक में एक उच्च-थ्रूपुट के माध्यम से खोजा गया है, जो घातीय संवर्धन द्वारा लिगैंड के व्यवस्थित विकास के समान है।[19][20] इन विट्रो चयन बड़ी संख्या में यादृच्छिक डीएनए अनुक्रमों के एक पूल का उपयोग करता है (आमतौर पर 1014-1015 अद्वितीय किस्में) जिन्हें किसी विशिष्ट उत्प्रेरक गतिविधि के लिए जांचा जा सकता है। पूल को ओलिगोन्यूक्लियोटाइड संश्लेषण # संश्लेषण के माध्यम से फॉस्फोरैमिडाइट विधि द्वारा संश्लेषित किया जाता है, जैसे कि प्रत्येक स्ट्रैंड में दो स्थिर क्षेत्र होते हैं (पीसीआर प्रवर्धन के लिए प्राइमर (आणविक जीव विज्ञान) बाध्यकारी साइट) एक निश्चित लंबाई के यादृच्छिक क्षेत्र को फ्लैंक करते हैं, आमतौर पर 25-50 आधार लंबे होते हैं। इस प्रकार अद्वितीय किस्में की कुल संख्या, जिसे अनुक्रम स्थान कहा जाता है, 4 . हैN जहाँ N यादृच्छिक क्षेत्र में आधारों की संख्या को दर्शाता है। क्योंकि 425 1015, लंबाई में 25 से कम आधारों के यादृच्छिक क्षेत्रों को चुनने का कोई व्यावहारिक कारण नहीं है, जबकि आधारों की इस संख्या से ऊपर जाने का अर्थ है कि कुल अनुक्रम स्थान का सर्वेक्षण नहीं किया जा सकता है। हालांकि, चूंकि अनुक्रम स्थान के भीतर दी गई उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के लिए कई संभावित उम्मीदवार हैं, 50 और उससे भी अधिक के यादृच्छिक क्षेत्रों ने सफलतापूर्वक उत्प्रेरक डीऑक्सीराइबोजाइम प्राप्त किए हैं।[20]

पूल को पहले एक चयन चरण के अधीन किया जाता है, जिसके दौरान उत्प्रेरक किस्में गैर-उत्प्रेरक किस्में से अलग हो जाती हैं। सटीक पृथक्करण विधि उत्प्रेरित होने वाली प्रतिक्रिया पर निर्भर करेगी। एक उदाहरण के रूप में, राइबोन्यूक्लियोटाइड दरार के लिए पृथक्करण चरण अक्सर आत्मीयता क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करता है, जिसमें प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड से जुड़ा एक प्रोटीन दिवस राइबोन्यूक्लियोटाइड बेस के दरार के माध्यम से किसी भी उत्प्रेरक सक्रिय स्ट्रैंड से हटा दिया जाता है। यह कैटेलिटिक स्ट्रैंड्स को एक कॉलम से अलग करने की अनुमति देता है जो विशेष रूप से टैग को बांधता है, क्योंकि गैर-सक्रिय स्ट्रैंड्स कॉलम से बंधे रहेंगे, जबकि सक्रिय स्ट्रैंड्स (जो अब टैग के अधिकारी नहीं हैं) के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। इसके लिए एक सामान्य सेट-अप एक बायोटिन टैग है जिसमें streptavidin एफ़िनिटी कॉलम होता है।[19][20]न्यूक्लिक एसिड आधारित पृथक्करण के जेल वैद्युतकणसंचलन का भी उपयोग किया जा सकता है जिसमें दरार प्रतिक्रिया पर किस्में के आणविक भार में परिवर्तन जेल पर प्रतिक्रियाशील किस्में के स्थान में बदलाव का कारण बनने के लिए पर्याप्त है।[20]चयन चरण के बाद, प्रतिक्रियाशील पूल को पुन: उत्पन्न करने और प्रतिक्रियाशील किस्में बढ़ाने के लिए पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) के माध्यम से प्रवर्धित किया जाता है, और प्रक्रिया को तब तक दोहराया जाता है जब तक कि पर्याप्त प्रतिक्रियाशीलता का एक पूल प्राप्त न हो जाए। चयन के कई दौरों की आवश्यकता होती है क्योंकि कुछ गैर-उत्प्रेरक किस्में अनिवार्य रूप से इसे किसी एकल चयन चरण के माध्यम से बनाती हैं। आमतौर पर स्पष्ट उत्प्रेरक गतिविधि के लिए 4-10 राउंड की आवश्यकता होती है,[7]हालांकि अधिक कठोर उत्प्रेरक स्थितियों के लिए अक्सर अधिक राउंड आवश्यक होते हैं। पर्याप्त संख्या में चक्कर लगाने के बाद, अंतिम पूल को अनुक्रमित किया जाता है और उनकी उत्प्रेरक गतिविधि के लिए व्यक्तिगत किस्में का परीक्षण किया जाता है।[20]पूल की गतिशीलता को गणितीय मॉडलिंग के माध्यम से वर्णित किया जा सकता है [21] , जो दर्शाता है कि कैसे ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स लक्ष्य के साथ प्रतिस्पर्धी बंधन से गुजरते हैं और कैसे मापदंडों के ठीक ट्यूनिंग के माध्यम से विकासवादी परिणाम में सुधार किया जा सकता है।

इन विट्रो चयन के माध्यम से प्राप्त डीऑक्सीराइबोजाइम को चयन के दौरान स्थितियों के लिए अनुकूलित किया जाएगा, जैसे कि नमक (रसायन विज्ञान) एकाग्रता, पीएच , और कॉफ़ेक्टर (जैव रसायन) की उपस्थिति। इस वजह से, केवल विशिष्ट कॉफ़ैक्टर्स या अन्य स्थितियों की उपस्थिति में उत्प्रेरक गतिविधि सकारात्मक चयन चरणों के साथ-साथ अन्य अवांछित स्थितियों के खिलाफ नकारात्मक चयन चरणों का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है।

इन विट्रो विकास

इन विट्रो विकास के माध्यम से नए डीऑक्सीराइबोजाइम प्राप्त करने की एक समान विधि है। यद्यपि इस शब्द को अक्सर इन विट्रो चयन के साथ एक दूसरे के स्थान पर प्रयोग किया जाता है, इन विट्रो विकास में अधिक उचित रूप से एक अलग प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें प्रारंभिक ओलिगोन्यूक्लियोटाइड पूल आनुवंशिक रूप से आनुवंशिक पुनर्संयोजन या बिंदु उत्परिवर्तन के माध्यम से बाद के दौर में बदल जाता है।[19][20]बिंदु उत्परिवर्तन के लिए, विभिन्न यादृच्छिक, एकल उत्परिवर्तन के कई अलग-अलग किस्में उत्पन्न करने के लिए त्रुटि-प्रवण पीसीआर का उपयोग करके पूल को बढ़ाया जा सकता है। इन विट्रो चयन के साथ, बढ़ी हुई गतिविधि के साथ विकसित किस्में कई चयन चरणों के बाद पूल पर हावी हो जाएंगी, और एक बार पर्याप्त उत्प्रेरक गतिविधि तक पहुंचने के बाद, पूल को सबसे सक्रिय किस्में की पहचान करने के लिए अनुक्रमित किया जा सकता है।

इन विट्रो विकास के लिए प्रारंभिक पूल अनुक्रम स्थान के एक संकुचित उपसमुच्चय से प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि इन विट्रो चयन प्रयोग का एक निश्चित दौर, जिसे कभी-कभी इन विट्रो पुनर्चयन भी कहा जाता है।[20]प्रारंभिक पूल को एकल ओलिगोन्यूक्लियोटाइड स्ट्रैंड के प्रवर्धन से भी प्राप्त किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध के एक उदाहरण के रूप में, हाल के एक अध्ययन से पता चला है कि एक गैर-उत्प्रेरक ओलिगोन्यूक्लियोटाइड अग्रदूत स्ट्रैंड के इन विट्रो विकास के माध्यम से एक कार्यात्मक डीऑक्सीराइबोजाइम का चयन किया जा सकता है। गोजातीय सीरम एल्ब्यूमिन के मैसेंजर आरएनए से प्राप्त एक मनमाने ढंग से चुना गया डीएनए टुकड़ा चयन के 25 दौर में यादृच्छिक बिंदु उत्परिवर्तन के माध्यम से विकसित किया गया था। विभिन्न पूल पीढ़ियों के गहन अनुक्रमण विश्लेषण के माध्यम से, प्रत्येक बाद के एकल उत्परिवर्तन के माध्यम से सबसे उत्प्रेरक डीऑक्सीराइबोजाइम स्ट्रैंड के विकास को ट्रैक किया जा सकता है।[22] एक गैर-उत्प्रेरक अग्रदूत से उत्प्रेरक डीएनए का यह पहला सफल विकास आरएनए विश्व परिकल्पना के लिए समर्थन प्रदान कर सकता है। एक अन्य हालिया अध्ययन में, राइबोजाइम के निष्क्रिय डीऑक्सीराइबो-एनालॉग के इन विट्रो विकास के माध्यम से एक आरएनए लिगेज राइबोजाइम को डीऑक्सीराइबोजाइम में परिवर्तित किया गया था। नए आरएनए लिगेज डीऑक्सीराइबोजाइम में केवल बारह बिंदु उत्परिवर्तन शामिल थे, जिनमें से दो का गतिविधि पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा था, और मूल राइबोजाइम के लगभग 1/10 की विशिष्टता स्थिर थी, हालांकि शोधों ने अनुमान लगाया कि आगे के चयन के माध्यम से गतिविधि को और बढ़ाया जा सकता है।[23] विभिन्न न्यूक्लिक एसिड के बीच कार्य के हस्तांतरण के लिए यह पहला सबूत विभिन्न आरएनए दुनिया के लिए समर्थन प्रदान कर सकता है # वैकल्पिक परिकल्पना | पूर्व-आरएनए विश्व परिकल्पना।

सही उत्प्रेरण?

क्योंकि अधिकांश डीऑक्सीराइबोजाइम उत्पाद निषेध से ग्रस्त हैं और इस प्रकार एकल-टर्नओवर संख्या व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, कभी-कभी यह तर्क दिया जाता है कि डीऑक्सीराइबोजाइम सही उत्प्रेरक व्यवहार प्रदर्शित नहीं करते हैं क्योंकि वे अधिकांश जैविक एंजाइमों की तरह बहु-टर्नओवर उत्प्रेरण से नहीं गुजर सकते हैं। हालांकि, एक कटैलिसीस की सामान्य परिभाषा के लिए केवल यह आवश्यक है कि पदार्थ प्रतिक्रिया द्वारा उपभोग किए बिना रासायनिक प्रतिक्रिया के रासायनिक कैनेटीक्स को गति देता है (यानी यह स्थायी रूप से रासायनिक रूप से परिवर्तित नहीं होता है और इसे पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है)। इस प्रकार, इस परिभाषा के अनुसार, एकल-टर्नओवर डीऑक्सीराइबोजाइम वास्तव में उत्प्रेरक हैं।[5]इसके अलावा, कई एंडोजेनी (जीव विज्ञान) एंजाइम (प्रोटीन और राइबोजाइम दोनों) भी एकल-टर्नओवर व्यवहार प्रदर्शित करते हैं,[5]और इसलिए उत्प्रेरक के पद से डीऑक्सीराइबोजाइम का बहिष्करण केवल इसलिए कि इसमें बहु-टर्नओवर व्यवहार नहीं है, अनुचित लगता है।

आवेदन

हालांकि डीएनए एंजाइम से पहले आरएनए एंजाइम की खोज की गई थी, बाद वाले के कुछ अलग फायदे हैं। डीएनए अधिक लागत प्रभावी है, और डीएनए को लंबी अनुक्रम लंबाई के साथ बनाया जा सकता है और ठोस-चरण संश्लेषण में उच्च शुद्धता के साथ बनाया जा सकता है।[24] कई अध्ययनों ने मेजबान कोशिकाओं में इन्फ्लूएंजा ए और बी वायरस प्रतिकृति को रोकने के लिए डीएनएजाइम के उपयोग को दिखाया है।[25][26][27][28][29][30] DNAzymes को SARS कोरोनावायरस (SARS-CoV) की प्रतिकृति को बाधित करने के लिए भी दिखाया गया है,[30]रेस्पिरेटरी सिंकाइटियल वायरस (RSV),[30]मानव राइनोवायरस 14[31] और एचसीवी[32]


औषधि नैदानिक ​​परीक्षण

अस्थमा को टाइप 2 हेल्पर टी सेल (Th2) द्वारा प्रेरित ईोसिनोफिल-प्रेरित सूजन की विशेषता है। डीएनएजाइम के साथ Th2 मार्ग के प्रतिलेखन कारक, GATA3, को लक्षित करके सूजन को नकारना संभव हो सकता है। SB010 की सुरक्षा और प्रभावकारिता, एक उपन्यास 10-23 DNAzyme का मूल्यांकन किया गया था, और चरण IIa नैदानिक ​​​​परीक्षणों में GATA3 मैसेंजर RNA को क्लीव और निष्क्रिय करने की क्षमता पाई गई। SB010 के साथ उपचार करने से एलर्जिक अस्थमा के पुरुष रोगियों में एलर्जेन के बढ़ने के बाद देर से और जल्दी दमा की प्रतिक्रिया दोनों में काफी कमी आती है।[33] प्रतिलेखन कारक GATA-3 भी नासूर के साथ बड़ी आंत में सूजन (UC) में एक उपन्यास चिकित्सीय रणनीति के लिए DNAzyme सामयिक सूत्रीकरण SB012 का एक दिलचस्प लक्ष्य है। यूसी एक अज्ञातहेतुक सूजन आंत्र रोग है जो गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट की कालानुक्रमिक सूजन से परिभाषित होता है, और एक सतही, निरंतर म्यूकोसल सूजन की विशेषता होती है, जो मुख्य रूप से बड़ी आंत को प्रभावित करती है। जो मरीज वर्तमान यूसी उपचार रणनीतियों का प्रभावी ढंग से जवाब नहीं देते हैं, उनमें गंभीर कमियां दिखाई देती हैं, जिनमें से एक कोलोरेक्टल सर्जरी का कारण बन सकती है, और इसके परिणामस्वरूप जीवन की गुणवत्ता में गंभीर रूप से समझौता हो सकता है। इस प्रकार, मध्यम या गंभीर यूसी वाले रोगी इन नए चिकित्सीय विकल्पों से महत्वपूर्ण रूप से लाभान्वित हो सकते हैं, जिनमें से SB012 चरण I नैदानिक ​​​​परीक्षणों में है।[34] एटोपिक डार्माटाइटिस (एडी) एक पुरानी सूजन त्वचा विकार है, जिसमें रोगी एक्जिमा से पीड़ित होते हैं, प्रभावित त्वचा पर अक्सर गंभीर प्रुरिटस, साथ ही जटिलताओं और माध्यमिक संक्रमण होते हैं। AD सतहें Th2-संशोधित प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के अपग्रेडेशन से उत्पन्न होती हैं, इसलिए GATA-3 को लक्षित करने वाले DNAzymes का उपयोग करते हुए एक उपन्यास AD दृष्टिकोण एक प्रशंसनीय उपचार विकल्प है। सामयिक DNAzyme SB011 वर्तमान में द्वितीय चरण के नैदानिक ​​परीक्षणों में है।[35] कैंसर के इलाज के लिए DNAzyme अनुसंधान भी चल रहा है। एक 10-23 डीएनएजाइम का विकास जो अपने एमआरएनए को लक्षित करके IGF-I (इंसुलिन जैसा विकास कारक I, सामान्य कोशिका वृद्धि के साथ-साथ ट्यूमरजन्यजनन में योगदानकर्ता) की अभिव्यक्ति को अवरुद्ध कर सकता है, IGF- के स्राव को अवरुद्ध करने के लिए उपयोगी हो सकता है। मैं प्रोस्टेट स्टॉर्म प्राथमिक कोशिकाओं से अंततः प्रोस्टेट ट्यूमर के विकास को रोकता हूं। इसके अतिरिक्त, इस उपचार से यह उम्मीद की जाती है कि यकृत में IGF-I के निषेध (सीरम IGF-I का प्रमुख स्रोत) के माध्यम से, यकृत मेटास्टेसिस को भी रोक दिया जाएगा।[36]


सेंसर

डीएनएजाइम ने धातु बायोसेंसर में व्यावहारिक उपयोग पाया है।[37][38] मिनेसोटा में सेंट पॉल पब्लिक स्कूलों में पानी में लेड आयन का पता लगाने के लिए लेड आयन के लिए डीएनएजाइम आधारित बायोसेंसर का उपयोग किया गया था।[39] इसके अलावा, डीएनएजाइम का उपयोग मल्टीप्लेक्स बायोएसे के विकास के लिए एप्टामर्स और न्यूक्लिक एसिड बायोरिसेप्टर के संयोजन में किया गया है।[40]


असममित संश्लेषण

चिरायता (रसायन विज्ञान) एक और संपत्ति है जिसका डीएनएजाइम शोषण कर सकता है। डीएनए प्रकृति में दाहिने हाथ के दोहरे हेलिक्स के रूप में होता है और असममित संश्लेषण में एक चिरल उत्प्रेरक एक अचिरल स्रोत से चिरल अणुओं के संश्लेषण में एक मूल्यवान उपकरण है। एक आवेदन में एक स्पेसर के माध्यम से कॉपर आयन को जोड़कर एक कृत्रिम डीएनए उत्प्रेरक तैयार किया गया था।[41] कॉपर-डीएनए कॉम्प्लेक्स ने साइक्लोपेंटैडीन और एज़ा चेल्कोन के बीच पानी में डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया उत्प्रेरित की। प्रतिक्रिया उत्पाद (एंडो और एक्सो) 50% से अधिक एनैन्टीओमेरिक अधिक में मौजूद पाए गए। बाद में यह पाया गया कि 99% की एक एनैन्टीओमेरिक अधिकता को प्रेरित किया जा सकता है, और यह कि दर और एनेंटिओसेक्लेक्टिविटी दोनों डीएनए अनुक्रम से संबंधित थे।

hGQ DNAzyme के साथ Bioconjugation

Hemin/G-Quadruplex DNAzyme में G-Quadruplex बनाने वाला DNA होता है जो सह-कारक हेमिन (a.k.a. Fe (III) Protoporphyrin IX) को बांध सकता है, जिससे एक कॉम्प्लेक्स बनता है जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड की उपस्थिति में कुछ ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया कर सकता है।[42] यह डीएनएजाइम छोटे अणुओं का ऑक्सीकरण कर सकता है, जैसे डोपामाइन और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट,[43] लेकिन पेप्टाइड्स के संशोधन के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है[44] और प्रोटीन[45][46] छोटे अणुओं को जोड़कर।

अन्य उपयोग

रसायन विज्ञान में डीएनए के अन्य उपयोग डीएनए-टेम्पलेट संश्लेषण, एनेंटियोसेलेक्टिव कटैलिसीस में हैं,[47] डीएनए नैनोवायर और डीएनए कंप्यूटिंग ।[48]


यह भी देखें


संदर्भ

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