Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2004. / Härtill 9 uppsatser.

Synthetic oligonucleotides, which are short strings of DNA or RNA, are a grooving area of importance for the pharmaceutical industry and for companies that manufacture diagnostic components. The manufacturing process of synthetic oligonucleotides involves many complex processes that use separation and purification techniques like ion-exchange chromatography, ion-pair reversed phase chromatography and ultra-performance liquid chromatography. In this study, the focus lies on the purification process, where the main aim is to develop a separation and purification method for modified oligonucleotides that can be applied on different scales, from an analytical to a preparative scale. Three modified oligonucleotides, and one unmodified with 44 bases, provided by Scandinavian Gene Synthesis (Västerås, Sweden), were analysed and purified on an ultra-performance liquid chromatography and on a preparative-system. Several parameters were investigated, e.g. mobile phase composition, gradients and concentration. Practical analysis and purification were made in two scales; analytical and semi-preparative.  The results showed that the samples contained impurities that were hard to separate from the main sample. The scaling-up tests showed that, with increasing concentration, the impurities become more aggregated with the main product. Fraction analysis showed that several pure fractions were collected from the semi-preparative purification, and therefore some amount of pure sample were collected from the semi-preparative run. In conclusion, the method developed in this master thesis worked well as a significant amount of samples were purified in the semi-preparative purification, and the method worked on modified and unmodified oligonucleotides, containing different amount of modifications. / Syntetiska oligonukleotider, vilket är korta strängar av DNA eller RNA, är ett framväxande område i läkemedelsindustrin och för företag som tillverkar diagnostiska komponenter. Tillverkningsprocessen för syntetiska oligonukleotider involverar många komplexa processer som använder separation- och reningstekniker som jonbyteskromatografi, jonparskromatografi och ultra-performance kromatografi. I denna studie ligger fokus på reningsprocessen där det huvudsakliga syftet är att utveckla en separation- och renings metod för modifierade oligonukleotider som kan appliceras på olika skalor – från analytisk till preparativ skala.  Tre modifierade oligonukleotider, samt en omodifierad med 44 baser, tillhandahållet av Scandinavian Gene Synthesis (Västerås, Sverige), analyserades och renades på ett ultra-performance kromatografi system och ett preparativt reningssystem. Flertal parametrar undersöktes, bland annat mobilfasens komposition, gradienter och koncentration. Analys och rening utfördes i två skalor; analytisk och semi-preparativ skala.  Resultatet visade att proverna innehöll föroreningar som var svåra att separera från huvudkomponenten. Uppskalningstesterna visade att föroreningarna blandade sig mer med huvudkomponenten då koncentrationen ökade. Fraktionsanalyser visade att flera rena fraktioner blev ihopsamlade från den semi-preparativa reningen, som därav visade att en betydelsefull mängd rent prov blev renat i den semi-preparativa reningen. Sammanfattningsvis, den metod som utvecklats i denna uppsats fungerade bra då betydelsefulla mängder oligonukleotider kunde renas till olika grad vid den semi-preparativa reningen, samt att metoden fungerade för både modifierade och icke-modifierade oligonukleotider som innehöll olika mängder modifikationer.

Oligonucleotides (ONs) are widely used in different applications in life science, forensic, in i.e. family tree DNA test for humans and in diagnostic applications in several fields. The use of ONs in biopharmaceutical therapeutic areas also generates new challenges handling more complex molecules which results in the need of further developed analytical techniques. Anion exchange chromatography (AEX) is a common separation technique for biomolecules and is based on charge attraction between the analyte and the stationary phase. The chromatographic system is complex and often high pH and a high salt concentration is needed for the elution to occur, which in some systems can be corrosive for both the column and the instrument. The aim of this study was to evaluate new mobile phase compositions with lower salt concentrations, organic modifier, and usage of a buffer to increase the control of the pH. This was done by evaluation of three columns developed for AEX and uses different chemical and methodical modification of the mobile phase to control the retention to the stationary phase. The influence of pH, temperature, and methanol (MeOH) content in the buffer were studied by evaluation of resolution, asymmetry, and efficiency responses. Three oligonucleotides with 16, 18 and 19 T-bases in the chain were used in the study of three AIE columns. High pH, elevated temperature and the addition of an organic modifier were used for unfolding of the oligonucleotide chain and generating more efficient separations. Other parameters such as gradient slope and initial concentration of the eluting buffer were also studied, and the findings clearly show that the chromatographic conditions influence the resolution, asymmetry, and efficiency. / Oligonukleotider används i flera olika branscher som forensik och inom life sience till diagnostiska och medicinska applikationer. Eftersom applikationsområdena ökar och forskningen går framåt så blir molekylerna mer komplexa, vilket i sin tur kräver att dom analytiska teknikerna också behöver utvecklas. En vanlig separationsteknik för biomolekyler är anjonbyteskromatografi, då den bygger på laddningsattraktion mellan analyten och den stationära fasen. Oligonukleotider har en negativ nettoladdning på grund av den negativt laddade fosfatgruppen i kedjan. Genom att modifiera de kemiska egenskaperna i den mobila fasen är det därför möjligt att i viss grad kontrollera retentionen till den stationära fasen.       Då det kromatografiska systemet är komplext och det ofta behövs högt pH och/eller en hög saltkoncentration för eluering av analyten kan det i vissa system verka korrosivt för både kolonnen och instrumentet. Det initiala målet med detta arbete var att ta fram olika mobila faser med lägre saltkoncentration, organiskt lösningsmedel och användande av buffer för att kontrollera pH. Detta gjordes genom att utvärdera den kromatografiska kapaciteten hos tre olika anjonbyteskolonner samt använda olika kemiska- och metodiska modifieringar av den mobila fasen för att kontrollera analytens retention. Mer specifikt så kommer påverkan av pH, temperatur och innehåll av metanol i den mobila fasen att studeras genom att utvärdera upplösning, asymmetri och effektivitet i de erhållna kromatogrammen. Analytmixen innehåller tre olika oligonukleotider vilka består av 16, 18 eller 19 T-baser i sekvensen. Genom att höja pH, temperatur och innehåll av metanol i den mobila fasen påvisas mer effektiva separationer. Andra faktorer som gradientlutning och initialkoncentration av den eluerande fasen studeras också med goda resultat när det gäller dess påverkan på upplösning, asymmetri och effektivitet.

In this study, the effects of certain chromatographic conditions on various modified and unmodified oligonucleotides were investigated. At the forefront of this study was the investigation of a new Ion-pair Reversed-phase liquid chromatography (IP-RPLC) method, that had the potential to replace a previously established triethylammonium acetate (TEAA) IP-RPLC method developed for oligonucleotide separations. This method, utilising the counter ion dibutyl amine (DBA) and a Tris-buffer at pH 8, produced promising results indicating that the strong binding strength of DBA creates a hybrid IEX/RPLC separation method – the separation of oligonucleotides is dynamically based on both charge and length. Higher concentrations of DBA appear to produce better results that include improved efficiency, increased retention and even the potential discovery of hidden impurities. In conjugation with Ultra-high-pressure liquid chromatography (UHPLC) systems, sub-2 µm particle columns and gradient optimisations, separations of complex oligonucleotides could be achieved in short analysis times. Furthermore, effective separations at the analytical level can be applied and adapted to larger scale Prep-LC, potentially also improving the purification process of crude oligonucleotide samples. Further development and validation are, however, required for any future work with this method. / I denna studie har effekten av vissa kromatografiska förhållanden på olika modifierade och icke-modifierade oligonukleotider undersökts. I framkanten av denna studie var undersökningen av en ny IP-RPLC metod, vilken har potential att ersätta den tidigare etablerade trietylammonium acetat (TEAA) IP-RPLC metoden, vilken utvecklats för separationen av oligonukleotider. Denna metod, vilken använder dibutylamin (DBA) som motjon och en Tris-buffert vid pH 8, gav lovande resultat vilka indikerar att den starka bindningsstyrkan av DBA skapar en hybrid IEX/RPLC separationsmetod – separationen av oligonkuleotider styrs både av dess laddning och dess längd. Höga koncentrationer av DBA verkade ge bättre resultat som inkluderar hög effektivitet, ökad retention och även den potentiella upptäckten av gömda föroreningar. I samband med UHPLC systemer, kolonner med mindre än 2µm i partikelstorlek och optimiserade gradienter, separationer av komplexa oligonukleotider erhölls på korta analystider. Effektiva separationer vid den analytiska nivån kan appliceras och adapteras till storskalig preparative-LC, med potential att kunna förbättra reningsprocessen för syntetiserade oligonukleotider. Vidare utveckling och validering krävs för framtida användning av denna metod.

Huntington’s disease (HD) and Spinocerebellar ataxia (SCA) are incurable neurodegenerative diseases that affect the central nervous system. Amyloids, highly organized protein aggregates, are a hallmark for many neurodegenerative diseases. The presence and accumulation of amyloids are toxic and constitute the major cause of neuron cell death. Both genetic and environmental factors contribute to the onset and progression of these diseases. However, despite intensive research, the underlying cause remains unclear. The role of viral infection as an environmental factor in the context of neurodegenerative diseases has not received much attention. The purpose of this study is to investigate the effects of Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) infection on nuclear amyloid aggregation in model cell lines of HD and SCA. The research process consists mainly of laboratory work which involved the use of several molecular techniques used in the field of biotechnology. The work comprises cultivating cells, infecting cells with HSV-1, Fluorescence microscopy, Western Blot and isolation and detection of amyloids. Western Blot is used for the analysis of specific proteins associated with protein aggregation in HD and SCA. The techniques used for detecting amyloids are Dot Blot and Antibody-staining of amyloids in cells. The results from Western Blot showed that aggregates changed in the presence of the virus. This pattern is observed for both HD and SCA1 cell lines. A big effort is done in this study to optimize Dot Blot as it is method that could be applied in every lab. Normalization of samples proved to be the most challenging part with Dot Blot. No definitive conclusions can be drawn from the Dot Blot results as reproducibility and sensitivity were lacking. This work addresses some of the difficulties encountered when working with detection of amyloids especially Dot Blot. Antibody-staining of amyloids showed that amyloids were formed in the presence of virus in comparison to non-infected. To conclude, aggregates changed, and amyloids were formed in the presence of virus. These results point to the fact that HSV-1 infection could be involved in the process of nuclear amyloid aggregation. The data presented in this thesis will need further investigation and characterization to identify the precise role of viral-induced amyloid formation in HD and SCA patient cells. / Huntingtons sjukdom (HD) och Spinocerebellära ataxier (SCA) är obotliga neurodegenerativa sjukdomar som påverkar det centrala nervsystemet. Amyloid, proteinaggregat som har en viss konformation är ett kännemärke för många neurodegenerativa sjukdomar. Ackumulering av dessa amyloider är toxiskt och är den främsta orsaken till att nervceller dör. Både genetiska faktorer och miljöfaktorer bidrar till uppkomsten och progressionen av dessa sjukdomar. Trots intensiv forskning är den bakomliggande orsaken emellertid fortfarande oklar. Virusinfektion som en potentiell miljöfaktor har i detta sammanhang inte fått mycket uppmärksamhet. Syftet med denna studie är att undersöka effekterna av Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) infektion på amyloid aggregering i modellcellinjer av HD och SCA. Forskningsarbetet bestod i huvudsakligen av experimentellt arbete med hjälp av flera molekylära tekniker inom bioteknikområdet som cell odling, infektering av celler med HSV-1, fluorescensmikroskopi, Western Blot och isolering och detektion av amyloider. Western Blot användes for att analysera specifika proteiner associerade med protein aggregering i HD och SCA. Amyloider detekterades med Dot Blot och med antikroppar specifika för amyloider. Resultat från Western Blot visade att amyloiderna förändras i virusinfekterade celler. Detta mönster observerades i både HD and SCA1 cellinjer. En stor bemöda görs i denna studie för att optimera Dot Blot eftersom det är en metod som kan användas i alla laboratorier. Normalisering visade sig vara det svåraste med detektion av amyloider. Inga definitiva slutsatser kan dras från dessa experiment, eftersom reproducerbarhet och känslighet var bristande. Detta arbete tar upp några av de svårigheter som uppstod vid arbetande med detektion av amyloider speciellt Dot Blot. Detektion av amyloider med antikropp visade att amyloider bildades till stor utsträckning i infekterade cellinjer i jämförelse med icke-infekterade. Sammanfattningsvis, amyloider förändrades och amyloider bildades i närvaro av virus. Dessa resultat indikerar på att HSV-1 infektion skulle kunna vara involverad i processen av amyloid aggregering. De presenterade uppgifter i detta examensarbete är preliminära och behöver följas upp med ytterligare studier för att identifiera virusens exakta roll i amyloid bildning i HD och SCA patient celler.