G-quadruplex

G-quadruplexes ( eng. G-quadruplex, såväl som G -tetrader eller G4 ) är nukleinsyrasekvenser anrikade på guanin och som kan bilda fyrsträngsstrukturer. Nukleinsyrakedjor från guanosinoligo- och polynukleotider kan binda till varandra i närvaro av en liten envärd katjon, oftast kalium. Med hjälp av diffraktionsanalys visades det att sådana poly(G)-strängar representerar en ny typ av DNA-veckning, en fyrsträngad helix, där fyra guaninbaser från olika strängar bildar en plan struktur som hålls av GG-parinteraktioner (Fig. 1). Sådana strukturer är mycket stabila i lösning och kallas guanin (G)-kvartetter, eller G-tetrader. Varje G-kvartett hålls samman av totalt åtta vätebindningar som bildas genom interaktionen av Watson-Crick-sidan av en guaninbas med Hoogsteen- sidan av en annan. G-quadruplex kan också bildas av korta oligonukleotider med motsvarande sekvens, som kan skrivas schematiskt som GmXnGmXoGmXpGm, där m är antalet guaniner i G-blocket. Dessa guaniner är vanligtvis direkt involverade i bildandet av G-tetrader. Xn, Xo och Xp kan vara vilken kombination som helst av rester, inklusive G; sådana regioner bildar loopar mellan G-tetrader.

Källor till G-tetrad-motiv

Nukleinsyror som innehåller G-tetrad-motivet är extremt utbredda i alla för närvarande upptäckta genom. Sådana motiv har hittats i promotorregioner , introner och växlingsställen inom immunoglobulingensekvensen , rekombinationshotspots etc. Analys av det mänskliga genomet har identifierat mer än 350 000 sekvenser som teoretiskt kan anta quadruplex-konformationen. Uppenbarligen är quadruplexes i dynamisk jämvikt med andra former av DNA, till exempel den vanliga duplexen [1] .

Telomera quadruplexes

G-kvartetter finns också i DNA i ändarna av eukaryota kromosomer som kallas telomerer . Telomert DNA är tandemupprepningar av korta poly-G-block, som ibland inkluderar adenyl- eller tymidylnukleotider : ( GGTTAG )n eller (TTAGGG)n; i detta fall är upprepningstypen artberoende: till exempel är (TTAGGG)n upprepningen karakteristisk för däggdjur.

Telomerernas funktion är att skydda kromosomändar från oönskade skador från rekombination eller från nukleaser . Humant telomert DNA i somatiska celler är i genomsnitt 8-10 tusen baspar . De terminala 100-200 nukleotiderna från 3'-änden är en enkelsträngad "svans", konformationsmässigt obegränsad. I levande celler är denna "svans" associerad med POt1-proteinet; i frånvaro av detta protein kan enkelsträngat telomert DNA vikas och dimeriseras, vilket bildar fyrsträngade hårnålar, som kan stabiliseras genom bildandet av guanintetrader . Ett annat sätt att stabilisera sådant DNA är bildandet av intramolekylära G-kvartetter genom upprepad veckning.

Quadruplexes i promotorregioner

Ett antal DNA-regioner i promotorregionerna av mänskliga gener kan anta quadruplex-konformationen och därigenom tillhandahålla reglering av genuttryck . Proteiner vars gener kan regleras på detta sätt inkluderar till exempel transkriptionsfaktorn c-MYC [2] , vars kränkning ofta förknippas med Burkitts lymfom [3] , proto-onkogenerna RET [4] , Bcl-2 [5] , c- Kit [6] , vaskulär endotelial tillväxtfaktor [7] , etc.

Quadruplexes i den 5' otranslaterade regionen av mRNA

Bioinformatisk analys av det mänskliga genomet avslöjade att cirka 3 000 mRNA innehåller en eller flera quadruplexes i deras 5'- otranslaterade region [9] . Quadruplexes lokaliserade i den 5'-otranslaterade regionen kan vara involverade i regleringen av genuttryck på translationsnivå [10] . Exempel på sådana mänskliga budbärar-RNA är mRNA från östrogenreceptorn [11] , extracellulärt metalloproteinas [12] , NRAS-proto-onkogen [9] , etc.

Syntetiska quadruplexes

Nukleinsyror, liksom proteiner, kan selektivt binda olika molekyler. Sådana specifika bindande oligonukleotider kallas aptamerer . En relativt stor andel aptamerer innehåller en quadruplex i sin struktur, som utför funktionen att stabilisera hela molekylen [13] [14] .

Hittills finns det ett ganska snabbt och effektivt sätt att få DNA- och RNA-aptamerer som kan binda till nästan vilken mer eller mindre stor molekyl som helst - SELEX . Med hjälp av SELEX har det under de senaste 2 decennierna skapats många aptamerer som kan användas för detektering av olika ämnen, samt som underlag för utveckling av läkemedel [15] .

Anteckningar

  1. ↑ Huppert JL , Balasubramanian S. Prevalens av quadruplexes i det mänskliga genomet.  (engelska)  // Nukleinsyraforskning. - 2005. - Vol. 33, nr. 9 . - P. 2908-2916. - doi : 10.1093/nar/gki609 . — PMID 15914667 .
  2. ↑ Yang D. , Hurley LH Struktur för det biologiskt relevanta G-quadruplexet i c-MYC-promotom.  (engelska)  // Nukleosider, nukleotider & nukleinsyror. - 2006. - Vol. 25, nr. 8 . - s. 951-968. - doi : 10.1080/15257770600809913 . — PMID 16901825 .
  3. ↑ Spender LC , Inman GJ Utveckling av Burkitts lymfom: nya samarbeten i onkogen MYC-signalering.  (engelska)  // Cancerhantering och forskning. - 2014. - Vol. 6. - S. 27-38. - doi : 10.2147/CMAR.S37745 . — PMID 24426788 .
  4. ↑ Guo K. , Pourpak A. , Beetz-Rogers K. , Gokhale V. , Sun D. , Hurley LH Bildning av pseudosymmetriska G-quadruplex- och i-motivstrukturer i den proximala promotorregionen av RET-onkogenen.  (engelska)  // Journal of the American Chemical Society. - 2007. - Vol. 129, nr. 33 . - P. 10220-10228. - doi : 10.1021/ja072185g . — PMID 17672459 .
  5. ↑ Agrawal P. , Lin C. , Mathad RI , Carver M. , Yang D. Den huvudsakliga G-quadruplex som bildas i den humana BCL-2 proximala promotorn antar en parallell struktur med en 13-nt loop i K+-lösning.  (engelska)  // Journal of the American Chemical Society. - 2014. - Vol. 136, nr. 5 . - S. 1750-1753. - doi : 10.1021/ja4118945 . — PMID 24450880 .
  6. ↑ Hsu ST , Varnai P. , Bugaut A. , Reszka AP , Neidle S. , Balasubramanian S. En G-rik sekvens inom c-kit-onkogenpromotorn bildar ett parallellt G-quadruplex med asymmetrisk G-tetraddynamik.  (engelska)  // Journal of the American Chemical Society. - 2009. - Vol. 131, nr. 37 . - P. 13399-13409. doi : 10.1021 / ja904007p . — PMID 19705869 .
  7. ↑ Sun D. , Liu WJ , Guo K. , Rusche JJ , Ebbinghaus S. , Gokhale V. , Hurley LH Den proximala promotorregionen av den mänskliga vaskulära endotelial tillväxtfaktorgenen har en G-quadruplex-struktur som kan riktas mot G- quadruplex interaktiva medel.  (engelska)  // Molecular cancer therapeutics. - 2008. - Vol. 7, nr. 4 . - s. 880-889. - doi : 10.1158/1535-7163.MCT-07-2119 . — PMID 18413801 .
  8. ↑ Bugaut A., Balasubramanian S. 5'-UTR RNA G-quadruplexes: translationsreglering och målinriktning  //  Nucleic Acids Res : journal. - 2012. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  9. ↑ 1 2 Kumari S. , Bugaut A. , Huppert JL , Balasubramanian S. En RNA G-quadruplex i 5' UTR av NRAS proto-onkogen modulerar translation.  (engelska)  // Naturens kemiska biologi. - 2007. - Vol. 3, nr. 4 . - S. 218-221. - doi : 10.1038/nchembio864 . — PMID 17322877 .
  10. ↑ Bugaut A. , Balasubramanian S. 5'-UTR RNA G-quadruplexes: translationsreglering och målsökning.  (engelska)  // Nukleinsyraforskning. - 2012. - Vol. 40, nej. 11 . - P. 4727-4741. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  11. ↑ Balkwill GD , Derecka K. , Garner TP , Hodgman C. , Flint AP , Searle MS Undertryckande av translation av human östrogenreceptor alfa genom G-quadruplex-bildning.  (engelska)  // Biokemi. - 2009. - Vol. 48, nr. 48 . - P. 11487-11495. doi : 10.1021 / bi901420k . — PMID 19860473 .
  12. ↑ Morris MJ , Basu S. Ett ovanligt stabilt G-quadruplex inom 5'-UTR av MT3-matrisen metalloproteinas mRNA undertrycker translation i eukaryota celler.  (engelska)  // Biokemi. - 2009. - Vol. 48, nr. 23 . - P. 5313-5319. doi : 10.1021 / bi900498z . — PMID 19397366 .
  13. ↑ Tucker WO , Shum KT , Tanner JA G-quadruplex DNA-aptamerer och deras ligander: struktur, funktion och tillämpning.  (engelska)  // Aktuell läkemedelsdesign. - 2012. - Vol. 18, nr. 14 . - P. 2014-2026. — PMID 22376117 .
  14. ↑ Gatto B. , Palumbo M. , Sissi C. Nukleinsyraaptamerer baserade på G-quadruplex-strukturen: terapeutisk och diagnostisk potential.  (engelska)  // Aktuell medicinsk kemi. - 2009. - Vol. 16, nr. 10 . - P. 1248-1265. — PMID 19355883 .
  15. ↑ Ni X. , Castanares M. , Mukherjee A. , Lupold SE Nukleinsyraaptamerer: kliniska tillämpningar och lovande nya horisonter.  (engelska)  // Aktuell medicinsk kemi. - 2011. - Vol. 18, nr. 27 . - P. 4206-4214. — PMID 21838685 .

Litteratur

Böcker

Artiklar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk