Modified peptide nucleic acids (PNAs) for nucleic acids detection and anti-miR activity

The main target of the work presented in this Ph. D. Thesis is related to the development of new multifunctional peptide nucleic acid (PNA) systems with both modified backbones or nucleobases, that were used for targeting nucleic acids, in particular RNA, thus acting as new tools for different biotechnological fields, such as detection of target sequences of biological interest, inhibition of microRNA (miR) activity, and DNA/RNA template reactions. Different modification were introduced to achieve specific tasks, for instance the introduction of an arginine side chain in both C2 or C5 positions was exploited for surface detection of single point mutations (SNPs) or to confer cellular permeability to anti-miR PNAs. Solution SNP detection was also obtained by introduction of pyrene groups on a modified thymine. Nucleic acids template reactions targeting miR were used to trigger the release of functional molecules or to produce a fluorescent signal. In the final part of the work, a new approach for the synthesis of artificial RNases was proposed exploiting the previous results, using both backbone and nucleobase modification.

L'obiettivo principale del lavoro presentato in questa tesi di dottorato è legato allo sviluppo di nuovi sistemi multifunzionali a base di acidi peptido nucleici (PNA), modificati al backbone o alle basi azotate, che sono stati utilizzati per il targeting degli acidi nucleici, RNA in particolare, agendo quindi com nuovi strumenti per diversi campi biotecnologici, come il rilevamento di sequenze target di interesse biologico, l'inibizione dell’attività di microRNA (miR) e reazioni template da DNA/RNA. Sono state introdotte diverse modifiche per ottenere compiti specifici, per esempio l'introduzione di una catena laterale di arginina in posizione C2 o C5 è stata sfruttata per il rilevamento su superficie di mutazioni puntiformi (SNP) o per conferire permeabilità cellulare a PNA ad attività anti-miR. Rilevazione di SNP in soluzione è stata ottenuta con l'introduzione di gruppi pirenilici su una timina modificata. Reazioni template da acidi nucleici, targeting miR, sono state utilizzate per innescare il rilascio di molecole funzionali o per la produzione di un segnale fluorescente. Nella parte finale del lavoro, un nuovo approccio per la sintesi di RNasi artificiali è stato proposto sfruttando i risultati precedenti, utilizzando sia backbone che basi azotate modificati.