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PNA

What is PNA?

An Innovative Raw Material

PNA(Peptide Nucleic Acid)는 1991년 덴마크 코펜하겐대학교의 Nielsen, Egholm, Berg 와 Buchardt 교수에 의해 처음으로 발명된 인공 DNA입니다.

PNA는 DNA의 phosphate-ribose 골격이 펩타이드와 비슷한 아마이드 골격 (N-(2-aminoethyl)glycine)으로 치환된 구조를 가짐으로써 DNA 또는 RNA에 대한 결합력과 안정성이 크게 증가되고 backbone의 구조적 변화에도 불구하고 DNA와 마찬가지로 표적 염기서열에 대해 상보적인 결합을 할 수 있기 때문에 DNA가 사용되는 다양한 분야에 활용될 수 있습니다.

PNA의 주요 특성

강한 결합력(high binding affinity)

DNA와는 달리 PNA는 전기적 중성인 아마이드 골격을 가지기 때문에 표적 DNA 또는 RNA와 결합 시 골격 사이의 척력이 존재하지 않아 표적에 대해 강한 결합력을 가집니다.

PNA의 강한 결합력을 보여주는 이미지

우수한 특이성(specificity) 및 민감도(sensitivity)

염기서열 불일치에 따른 결합력 차이가 커서 미세한 염기서열 차이를 쉽게 분별할 수 있습니다.

DNA와 특이성 및 민감도 비교를 보여주는 그래프

화학적, 생물학적 안정성
(chemical / biological stability)

온도 및 산에 안정한 아마이드 골격으로 이루어져 있어 DNA를 사용하기 어려운 고온, 고 pH 조건에서도 사용 가능합니다. 또한 PNA의 골격은 DNA 또는 RNA와는 전혀 다르며 peptide의 골격과는 유사하면서도 미세하게 달라 protease 또는 nuclease 와 같은 Enzyme에 대해서도 안정합니다.

열/산(pH)에 불안정한 DNA와 열, 산(pH)에 안정성을 가진 PNA의 구조 비교

Hybridization 과정에서
염(salt) 농도에 대한 독립성(independence)

Hybridization 과정에서도 강한 염(salt) 농도에 대한 독립성을 가지고 있어 안정적이고 강한 결합력을 보여줍니다.

PNA의 염 농도에 대한 독립성을 보여주는 이미지

PNA VS DNA

비교특성 PNA DNA
결합력 DNA보다 Tm값이 염기당1℃ 높음 -
Hybridization 속도 100-5000배 빠름 -
Hybridization 시, 염농도 의존성 영향 없음 영향 많음
단일염기 불일치에 의한 Tm차이 <24℃ <12℃
화학적 안정성 안정 산 및 염기에 대해 불안정
생물학적 안정성 높음 핵산 분해효소에 불안정
용해도 보통 또는 낮음(solubility enhancer 도입을 통해 극복 가능) 높음
일반적으로 사용되는 Probe길이 13-18mer 25-30mer
열 안정성 높음 보통

PANAGENE's PNA

파나진은 기존의 PNA monomer와는 다른 파나진 고유의 Bts PNA monomer(Bts ; benzothiazole-2-sulfonyl group)와 이를 이용한 합성법을 개발, 고순도의 PNA oligo를 공급하고 있습니다.

Bts PNA monomer의 Bts는 monomer의 아민기(NH2)를 보호할 뿐만 아니라 self-activation 기능을 가지고 있어서 결합반응 전 활성화(pre-activation) 단계를 필요로 하지 않습니다.
기존의 monomer를 이용한 합성법과는 달리 deprotection 과정 중 발생하는 transacylation 등의 부반응이 최소화되어 적은 비용으로 고순도의 PNA oligo를 대량으로 생산 가능합니다. 또한, 필요한 경우 반응에 과량으로 사용된 후 남은 Bts monomer를 회수하여 재사용할 수 있기 때문에 더욱 경제적입니다.

Bts PNA monomer 구조 및 oligomer 합성법

PANAGENE's PNA 구조도 이미지

[참고논문]

Hyunil Lee et al. 2007. Peptide Nucleic Acid Synthesis by Novel Amide Formation. Organic Letters 9 (17), 3291-3293.

Bts vs. Fmoc

Type Bts monomer Fmoc monomer
Coupling reagent Not necessary HATU
Mass production Easy Difficult
Side reaction <1% Hard to control(5~10%)
Purification Easy Difficult
Yield >80% <40%
Cost of synthesis Low High

[참고]

Fmoc monomer