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DNA Polymerase Variants with High Processivity and Accuracy for Encoding and Decoding Locked Nucleic Acid Sequences
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-12-11 , DOI: 10.1021/jacs.0c10902 Hidekazu Hoshino 1, 2 , Yuuya Kasahara 1, 2 , Masayasu Kuwahara 3 , Satoshi Obika 1, 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-12-11 , DOI: 10.1021/jacs.0c10902 Hidekazu Hoshino 1, 2 , Yuuya Kasahara 1, 2 , Masayasu Kuwahara 3 , Satoshi Obika 1, 2
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Xenobiotic nucleic acids (XNAs) are chemically modified nucleic acid analogues with potential applications in nucleic acid-based therapeutics including nucleic acid aptamers, ribozymes, small interfering RNAs, and antisense oligonucleotides. We have developed a promising XNA for therapeutic uses, 2',4'-bridged nucleic acid (2',4'-BNA), also known as locked nucleic acid (LNA). Unlike the rational design of small interfering and antisense oligonucleotides, the development of LNA aptamers and catalysts requires genetically engineered polymerases that enable the synthesis of LNA from DNA and the converse reverse transcription. However, no LNA decoders or encoders with sufficient performance have been developed. In this study, we developed variants of KOD DNA polymerase, a family B DNA polymerase derived from Thermococcus kodakarensis KOD1, which are effective LNA decoders and encoders, via structural analyses. KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) enabled LNA synthesis from DNA (DNA → LNA), and KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) enabled LNA reverse transcription to DNA (LNA → DNA). Both variants exhibited greatly improved efficiency and accuracy. Notably, we synthesized LNAs longer than one kilobase using KOD DGLNK. We also showed that these variants can accept 2'-O-methyl (2'-OMe), a common modification for therapeutic uses. Here, we also show that LNA and 2'-OMe mix aptamer can be practically obtained via SELEX. The variants can be used as powerful tools for creating XNA aptamers and catalysts to completely eliminate the natural species, DNA and RNA.
中文翻译：
用于编码和解码锁定核酸序列的具有高合成能力和准确性的 DNA 聚合酶变体
异生素核酸 (XNAs) 是化学修饰的核酸类似物，在基于核酸的治疗中具有潜在的应用，包括核酸适体、核酶、小干扰 RNA 和反义寡核苷酸。我们开发了一种用于治疗的有前景的 XNA，即 2',4'-桥接核酸 (2',4'-BNA)，也称为锁核酸 (LNA)。与小干扰和反义寡核苷酸的合理设计不同，LNA 适体和催化剂的开发需要基因工程聚合酶，能够从 DNA 合成 LNA 和逆转录。然而，尚未开发出具有足够性能的 LNA 解码器或编码器。在这项研究中，我们开发了 KOD DNA 聚合酶的变体，通过结构分析，源自 Thermococcus kodakarensis KOD1 的 B 族 DNA 聚合酶，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。通过结构分析，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。通过结构分析，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K）支持从 DNA 合成 LNA（DNA → LNA），KOD DLK（KOD：N210D/A485L/E664K）支持 LNA 逆转录到 DNA（LNA → DNA）。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K）支持从 DNA 合成 LNA（DNA → LNA），KOD DLK（KOD：N210D/A485L/E664K）支持 LNA 逆转录到 DNA（LNA → DNA）。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。
更新日期：2020-12-11
中文翻译：
用于编码和解码锁定核酸序列的具有高合成能力和准确性的 DNA 聚合酶变体
异生素核酸 (XNAs) 是化学修饰的核酸类似物，在基于核酸的治疗中具有潜在的应用，包括核酸适体、核酶、小干扰 RNA 和反义寡核苷酸。我们开发了一种用于治疗的有前景的 XNA，即 2',4'-桥接核酸 (2',4'-BNA)，也称为锁核酸 (LNA)。与小干扰和反义寡核苷酸的合理设计不同，LNA 适体和催化剂的开发需要基因工程聚合酶，能够从 DNA 合成 LNA 和逆转录。然而，尚未开发出具有足够性能的 LNA 解码器或编码器。在这项研究中，我们开发了 KOD DNA 聚合酶的变体，通过结构分析，源自 Thermococcus kodakarensis KOD1 的 B 族 DNA 聚合酶，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。通过结构分析，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。通过结构分析，它们是有效的 LNA 解码器和编码器。KOD DGLNK (KOD: N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K) 支持从 DNA 合成 LNA (DNA → LNA)，而 KOD DLK (KOD: N210D/A485L/E664K) 支持 LNA 逆转录到 DNA (LNA → DNA)。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K）支持从 DNA 合成 LNA（DNA → LNA），KOD DLK（KOD：N210D/A485L/E664K）支持 LNA 逆转录到 DNA（LNA → DNA）。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。N210D/Y409G/A485L/D614N/E664K）支持从 DNA 合成 LNA（DNA → LNA），KOD DLK（KOD：N210D/A485L/E664K）支持 LNA 逆转录到 DNA（LNA → DNA）。两种变体都表现出大大提高的效率和准确性。值得注意的是，我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。我们使用 KOD DGLNK 合成了长度超过 1 千碱基的 LNA。我们还表明，这些变体可以接受 2'-O-甲基 (2'-OMe)，这是治疗用途的常见修饰。在这里，我们还表明 LNA 和 2'-OMe 混合适体实际上可以通过 SELEX 获得。这些变体可用作创建 XNA 适体和催化剂的强大工具，以完全消除天然物种、DNA 和 RNA。
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