Oligodeoxynucleotide-polypeptide block copolymers

Synthesis and characterization of monodisperse oligonucleotide-polypeptide di- and triblock copolymers are described. These block copolymers are promising building blocks for the formation of defined structures by sequential DNA self-assembly. The oligonucleotide sequences (ODN, 46 bases) obtained from standard solid phase synthesis were designed to form four-arm DNA junctions. The hybridization of the four single stranded oligonucleotides at room temperature to a stable four-arm junction is selective and quantitative. The junctions exhibit good thermal stability as proven by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and UV analysis. The second block consists of monodisperse elastin-like polypeptides (ELPs) with a pentapeptide repeat unit of (Val-Pro-Gly-Val-Gly) synthesized by genetic engineering. ODN-ELP diblock copolymers were obtained either by thiol coupling or by activated ester chemistry. Taking advantage of the endgroup control of both components (ODN, ELP), combination of the two different synthetic approaches leads to the synthesis of ODN-ELP-ODN triblock copolymers. Dynamic light scattering measurements of the single components and the synthesized diblock copolymers reveal their monodispersity. Hybridization of four ODN-ELP diblock copolymers carrying the four junction sequences shows quantitative self-assembly. In conclusion, this work provides the first example of the synthesis of perfectly defined ODN-ELP block copolymers and their potential use in DNA self-assembly.

Die Synthese und Charakterisierung von monodispersen Oligonukleotide-Polypeptid Di- und Triblockcopolymeren werden beschrieben. Die dargestellten Blockcopolymere sind vielversprechende Bausteine für den Aufbau definiert verzweigter Strukturen mittels sequentiellem DNA self-assembly. Die verwendeten Oligonukleotidsequenzen (ODN, 46 Basen) wurden über Standardfestphasensynthese erhalten und so gewählt, dass sie eine vierarmige DNA Kreuzung bilden. Die Hybridisierung der vier Einzelstrang-Oligonukleotide erfolgt bei Raumtemperatur selektiv und quantitativ. Die thermische Stabilität dieser Kreuzung wurde mittels Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) und UV-Analyse untersucht. Der zweite Block der Copolymere ist aufgebaut aus gentechnisch hergestellten Elastin-ähnlichen Polypeptiden (ELPs) mit (Val-Pro-Gly-Val-Gly) als Pentapeptid-Wiederholungseinheit. Die Diblockcopolymere ODN-ELP wurden über Thioladdition oder mittels Aktivesterkopplung synthetisiert. Die Kombination dieser beiden Syntheserouten ermöglicht über die definierten Endgruppen der beiden Komponenten (ODN, ELP) die Synthese von ODN Triblockcopolymeren. Dynamische Lichtstreumessungen der Ausgangskomponenten und der Diblockcopolymere demonstrieren deren Monodispersität. Die Hybridisierung von vier ODN-ELP Diblockcopolymeren, die die entsprechenden DNA Kreuzungssequenzen tragen, erfolgt quantitativ. Zusammenfassend ist die vorliegende Arbeit ein erstes Beispiel für die Synthese von perfekt definierten ODN-ELP Blockcopoylmeren und deren mögliche Anwendung zur Strukturbildung mittels DNA self-assembly.