G-quadruplexes

G-quadruplexes ( eng. G-quadruplex, såvel som G - tetrader eller G4 ) er nukleinsyresekvenser beriget med guanin og i stand til at danne firestrengede strukturer. Nukleinsyrekæder fra guanosin-oligo- og polynukleotider er i stand til at binde til hinanden i nærvær af en lille monovalent kation, oftest kalium. Ved hjælp af diffraktionsanalyse blev det vist, at sådanne poly(G)-strenge repræsenterer en ny type DNA-foldning, en firestrenget helix, hvor fire guaninbaser fra forskellige strenge danner en plan struktur, der holdes af GG-parinteraktioner (fig. 1). Sådanne strukturer er meget stabile i opløsning og kaldes guanin (G)-kvartetter eller G-tetrader. Hver G-kvartet holdes sammen af ​​i alt otte hydrogenbindinger dannet ved interaktionen af ​​Watson-Crick-siden af ​​en guaninbase med Hoogsteen - siden af ​​en anden. G-quadruplexes kan også dannes af korte oligonukleotider med den tilsvarende sekvens, som kan skrives skematisk som GmXnGmXoGmXpGm, hvor m er antallet af guaniner i G-blokken. Disse guaniner er normalt direkte involveret i dannelsen af ​​G-tetrader. Xn, Xo og Xp kan være en hvilken som helst kombination af rester, herunder G; sådanne områder danner sløjfer mellem G-tetrader.

Kilder til G-tetrad motiver

Nukleinsyrer indeholdende G-tetrad-motivet er ekstremt udbredt i alle aktuelt opdagede genomer. Sådanne motiver er blevet fundet i promotorregioner , introner og switch-steder i immunoglobulingensekvensen , rekombinationshotspots osv . Analyse af det humane genom har identificeret mere end 350.000 sekvenser, der teoretisk er i stand til at adoptere quadruplex-konformationen. Tilsyneladende er quadruplexer i dynamisk ligevægt med andre former for DNA, for eksempel den sædvanlige duplex [1] .

Telomere quadruplexes

G-kvartetter er også til stede i DNA i enderne af eukaryote kromosomer kendt som telomerer . Telomert DNA er tandemgentagelser af korte poly-G-blokke, som nogle gange inkluderer adenyl- eller thymidylnukleotider : ( GGTTAG )n eller (TTAGGG)n; i dette tilfælde er gentagelsestypen artsafhængig: for eksempel er (TTAGGG)n-gentagelsen karakteristisk for pattedyr.

Telomerernes funktion er at beskytte kromosomender mod uønsket skade fra rekombination eller fra nukleaser . Humant telomert DNA i somatiske celler er i gennemsnit 8-10 tusinde basepar . De terminale 100-200 nukleotider fra 3'-enden er en enkeltstrenget "hale", konformationsmæssigt ubegrænset. I levende celler er denne "hale" forbundet med POt1-proteinet; i fravær af dette protein er enkeltstrenget telomerisk DNA i stand til at folde og dimerisere, hvilket danner firestrengede hårnåle, som kan stabiliseres ved dannelsen af ​​guanintetrader . En anden måde at stabilisere sådan DNA er dannelsen af ​​intramolekylære G-kvartetter ved gentagen foldning.

Quadruplexes i promotorregioner

En række DNA-regioner i promotorregionerne af humane gener er i stand til at adoptere quadruplex-konformationen og derved sørge for regulering af genekspression . Proteiner , hvis gener kan reguleres på denne måde, omfatter for eksempel transkriptionsfaktoren c-MYC [2] , hvis krænkelse ofte er forbundet med Burkitts lymfom [3] , proto-onkogenerne RET [4] , Bcl-2 [5] , c- Kit [6] , vaskulær endotelvækstfaktor [7] osv.

Quadruplexes i den 5' utranslaterede region af mRNA

Bioinformatisk analyse af det humane genom afslørede, at omkring 3.000 mRNA'er indeholder en eller flere quadruplexes i deres 5' -utranslaterede region [9] . Quadruplexes lokaliseret i den 5'-utranslaterede region kan være involveret i reguleringen af ​​genekspression på translationsniveau [10] . Eksempler på sådanne humane messenger-RNA'er er mRNA fra østrogenreceptoren [11] , ekstracellulær metalloproteinase [12] , NRAS-proto-onkogen [9] osv.

Syntetiske quadruplexer

Nukleinsyrer er ligesom proteiner i stand til selektiv binding af forskellige molekyler. Sådanne specifikke bindende oligonukleotider kaldes aptamerer . En relativt stor procentdel af aptamerer indeholder en quadruplex i deres struktur, som udfører den funktion at stabilisere hele molekylet [13] [14] .

Til dato er der en ret hurtig og effektiv måde at opnå DNA- og RNA-aptamerer, der kan binde til næsten ethvert mere eller mindre stort molekyle - SELEX . Ved hjælp af SELEX er der i løbet af de sidste 2 årtier blevet skabt mange aptamerer, der kan bruges til påvisning af forskellige stoffer, samt som grundlag for udvikling af lægemidler [15] .

Noter

  1. ↑ Huppert JL , Balasubramanian S. Forekomst af quadruplexes i det menneskelige genom.  (engelsk)  // Nukleinsyreforskning. - 2005. - Bd. 33, nr. 9 . - P. 2908-2916. - doi : 10.1093/nar/gki609 . — PMID 15914667 .
  2. ↑ Yang D. , Hurley LH Struktur af den biologisk relevante G-quadruplex i c-MYC-promotoren.  (engelsk)  // Nukleosider, nukleotider & nukleinsyrer. - 2006. - Bd. 25, nr. 8 . - S. 951-968. - doi : 10.1080/15257770600809913 . — PMID 16901825 .
  3. ↑ Spender LC , Inman GJ Udviklinger i Burkitts lymfom: nye samarbejder i onkogen MYC-signalering.  (engelsk)  // Cancer management and research. - 2014. - Bd. 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 Dannelse af pseudosymmetriske G-quadruplex- og i-motivstrukturer i den proksimale promotorregion af RET-onkogenet.  (engelsk)  // Journal of the American Chemical Society. - 2007. - Bd. 129, nr. 33 . - S. 10220-10228. - doi : 10.1021/ja072185g . — PMID 17672459 .
  5. ↑ Agrawal P. , Lin C. , Mathad RI , Carver M. , Yang D. Den store G-quadruplex dannet i den humane BCL-2 proksimale promotor vedtager en parallel struktur med en 13-nt loop i K+ opløsning.  (engelsk)  // Journal of the American Chemical Society. - 2014. - Bd. 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-rig sekvens i c-kit-onkogenpromotoren danner en parallel G-quadruplex med asymmetrisk G-tetrad-dynamik.  (engelsk)  // Journal of the American Chemical Society. - 2009. - Bd. 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 . quadruplex interaktive midler.  (engelsk)  // Molekylær cancer terapeutik. - 2008. - Bd. 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: translationsregulering og målretning  //  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 af NRAS proto-onkogen modulerer translation.  (engelsk)  // Naturens kemiske biologi. - 2007. - Bd. 3, nr. 4 . - S. 218-221. - doi : 10.1038/nchembio864 . — PMID 17322877 .
  10. ↑ Bugaut A. , Balasubramanian S. 5'-UTR RNA G-quadruplexes: translationsregulering og målretning.  (engelsk)  // Nukleinsyreforskning. - 2012. - Bd. 40, nr. 11 . - P. 4727-4741. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  11. ↑ Balkwill GD , Derecka K. , Garner TP , Hodgman C. , Flint AP , Searle MS Undertrykkelse af translation af human østrogenreceptor alfa ved G-quadruplex-dannelse.  (engelsk)  // Biokemi. - 2009. - Bd. 48, nr. 48 . - P. 11487-11495. doi : 10.1021 / bi901420k . — PMID 19860473 .
  12. ↑ Morris MJ , Basu S. En usædvanlig stabil G-quadruplex i 5'-UTR af MT3 matrix metalloproteinase mRNA undertrykker translation i eukaryote celler.  (engelsk)  // Biokemi. - 2009. - Bd. 48, nr. 23 . - P. 5313-5319. doi : 10.1021 / bi900498z . — PMID 19397366 .
  13. ↑ Tucker WO , Shum KT , Tanner JA G-quadruplex DNA-aptamerer og deres ligander: struktur, funktion og anvendelse.  (engelsk)  // Aktuelt farmaceutisk design. - 2012. - Bd. 18, nr. 14 . - S. 2014-2026. — PMID 22376117 .
  14. ↑ Gatto B. , Palumbo M. , Sissi C. Nukleinsyreaptamerer baseret på G-quadruplex-strukturen: terapeutisk og diagnostisk potentiale.  (engelsk)  // Aktuel medicinsk kemi. - 2009. - Bd. 16, nr. 10 . - S. 1248-1265. — PMID 19355883 .
  15. ↑ Ni X. , Castanares M. , Mukherjee A. , Lupold SE Nukleinsyreaptamerer: kliniske anvendelser og lovende nye horisonter.  (engelsk)  // Aktuel medicinsk kemi. - 2011. - Bd. 18, nr. 27 . - P. 4206-4214. — PMID 21838685 .

Litteratur

Bøger

Artikler

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier