G-kvadruplexy

G-kvadruplexy ( angl. G- kvadruplex , stejně jako G-tetrady nebo G4 ) jsou sekvence nukleové kyseliny obohacené guaninem a schopné tvořit čtyřvláknové struktury. Řetězce nukleových kyselin z guanosinových oligo- a polynukleotidů jsou schopny se na sebe vázat v přítomnosti malého monovalentního kationtu, nejčastěji draslíku. Pomocí difrakční analýzy bylo ukázáno, že takové poly(G) řetězce představují nový typ skládání DNA, čtyřřetězcovou šroubovici, kde čtyři guaninové báze z různých řetězců tvoří rovinnou strukturu drženou interakcemi GG párů (obr. 1). Takové struktury jsou vysoce stabilní v roztoku a nazývají se guaninové (G)-kvartety nebo G-tetrady. Každý G-kvartet drží pohromadě celkem osm vodíkových vazeb vytvořených interakcí Watson-Crickovy strany jedné guaninové báze s Hoogsteenovou stranou druhé. G-kvadruplexy mohou být také tvořeny krátkými oligonukleotidy s odpovídající sekvencí, kterou lze schematicky zapsat jako GmXnGmXoGmXpGm, kde m je počet guaninů v G-bloku. Tyto guaniny se obvykle přímo podílejí na tvorbě G-tetradů. Xn, Xo a Xp může být jakákoliv kombinace zbytků, včetně G; takové oblasti tvoří smyčky mezi G-tetradami.

Zdroje motivů G-tetrád

Nukleové kyseliny obsahující motiv G-tetrád jsou extrémně rozšířené ve všech aktuálně objevených genomech. Takové motivy byly nalezeny v promotorových oblastech , intronech a přepínacích místech v sekvenci imunoglobulinového genu, rekombinačních hotspotech atd. Analýza lidského genomu identifikovala více než 350 000 sekvencí teoreticky schopných přijmout kvadruplexní konformaci. Zdá se, že kvadruplexy jsou v dynamické rovnováze s jinými formami DNA, například s obvyklým duplexem [1] .

Telomerické kvadruplexy

G-kvartety jsou také přítomny v DNA na koncích eukaryotických chromozomů známých jako telomery . Telomerická DNA jsou tandemové repetice krátkých poly-G bloků, které někdy zahrnují adenyl nebo thymidylové nukleotidy : (GGTTAG)n, nebo (TTAGGG)n; v tomto případě je typ repetice závislý na druhu: například repetice (TTAGGG)n je charakteristická pro savce.

Funkcí telomer je chránit konce chromozomů před nežádoucím poškozením z rekombinace nebo před nukleázami . Lidská telomerická DNA v somatických buňkách má průměrně 8-10 tisíc párů bází . Koncových 100-200 nukleotidů od 3'-konce je jednovláknový "ocásek", konformačně neomezený. V živých buňkách je tento „ocásek“ spojen s proteinem POt1; v nepřítomnosti tohoto proteinu je jednovláknová telomerická DNA schopna se sbalit a dimerizovat za vzniku čtyřvláknových vlásenek, které lze stabilizovat tvorbou guaninových tetrád. . Dalším způsobem, jak stabilizovat takovou DNA, je tvorba intramolekulárních G-kvartetů opakovaným skládáním.

Quadruplexy v oblastech promotoru

Řada oblastí DNA v promotorových oblastech lidských genů je schopna přijmout kvadruplexní konformaci, čímž zajišťuje regulaci genové exprese . Mezi proteiny , jejichž geny lze takto regulovat, patří např. transkripční faktor c-MYC [2] , jehož porušení je často spojováno s Burkittovým lymfomem [3] , protoonkogeny RET [4] , Bcl-2 [5] , c- Kit [6] , vaskulární endoteliální růstový faktor [7] atd.

Quadruplexy v 5' netranslatované oblasti mRNA

Bioinformatická analýza lidského genomu odhalila, že asi 3000 mRNA obsahuje jeden nebo více kvadruplexů ve své 5'- nepřekládané oblasti [9] . Na regulaci genové exprese na úrovni translace se mohou podílet kvadruplexy umístěné v 5'-nepřekládané oblasti [10] . Příklady takových lidských messenger RNA jsou mRNA estrogenového receptoru [11] , extracelulární metaloproteináza [12] , protoonkogen NRAS [9] atd.

Syntetické quadruplexy

Nukleové kyseliny, stejně jako proteiny, jsou schopny selektivně vázat různé molekuly. Takové specifické vazebné oligonukleotidy se nazývají aptamery . Poměrně velké procento aptamerů obsahuje ve své struktuře kvadruplex, který plní funkci stabilizace celé molekuly [13] [14] .

K dnešnímu dni existuje poměrně rychlý a účinný způsob, jak získat aptamery DNA a RNA, které se mohou vázat na téměř jakoukoli více či méně velkou molekulu - SELEX . S pomocí SELEX bylo za poslední 2 desetiletí vytvořeno mnoho aptamerů, které lze použít pro detekci různých látek a také jako základ pro vývoj léků [15] .

Poznámky

  1. ↑ Huppert JL , Balasubramanian S. Prevalence quadruplexů v lidském genomu.  (anglicky)  // Výzkum nukleových kyselin. - 2005. - Sv. 33, č. 9 . - S. 2908-2916. - doi : 10.1093/nar/gki609 . — PMID 15914667 .
  2. ↑ Yang D. , Hurley LH Struktura biologicky relevantního G-kvadruplexu v promotoru c-MYC.  (anglicky)  // Nukleosidy, nukleotidy a nukleové kyseliny. - 2006. - Sv. 25, č. 8 . - S. 951-968. - doi : 10.1080/15257770600809913 . — PMID 16901825 .
  3. ↑ Spender LC , Inman GJ Developments u Burkittova lymfomu: nová spolupráce v onkogenní MYC signalizaci.  (anglicky)  // Management a výzkum rakoviny. - 2014. - Sv. 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 Tvorba pseudosymetrických struktur G-kvadruplexu a i-motivu v oblasti proximálního promotoru onkogenu RET.  (anglicky)  // Journal of the American Chemical Society. - 2007. - Sv. 129, č.p. 33 . - S. 10220-10228. - doi : 10.1021/ja072185g . — PMID 17672459 .
  5. ↑ Agrawal P. , Lin C. , Mathad RI , Carver M. , Yang D. Hlavní G-kvadruplex vytvořený v lidském proximálním promotoru BCL-2 přijímá paralelní strukturu s 13-nt smyčkou v roztoku K+.  (anglicky)  // Journal of the American Chemical Society. - 2014. - Sv. 136, č.p. 5 . - S. 1750-1753. - doi : 10.1021/ja4118945 . — PMID 24450880 .
  6. ↑ Hsu ST , Varnai P. , Bugaut A. , Reszka AP , Neidle S. , Balasubramanian S. Sekvence bohatá na G v promotoru onkogenu c-kit tvoří paralelní G-kvadruplex s asymetrickou dynamikou G-tetrad.  (anglicky)  // Journal of the American Chemical Society. - 2009. - Sv. 131, č.p. 37 . - S. 13399-13409. doi : 10.1021 / ja904007p . — PMID 19705869 .
  7. ↑ Sun D. , Liu WJ , Guo K. , Rusche JJ , Ebbinghaus S. , Gokhale V. , Hurley LH Proximální promotorová oblast genu lidského vaskulárního endoteliálního růstového faktoru má G-kvadruplexní strukturu, na kterou lze cílit G- quadruplexní interaktivní agenti.  (anglicky)  // Molekulární léčba rakoviny. - 2008. - Sv. 7, č. 4 . - S. 880-889. - doi : 10.1158/1535-7163.MCT-07-2119 . — PMID 18413801 .
  8. ↑ Bugaut A., Balasubramanian S. 5'-UTR RNA G-kvadruplexy: regulace translace a cílení  //  Nucleic Acids Res : deník. - 2012. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  9. ↑ 1 2 Kumari S. , Bugaut A. , Huppert JL , Balasubramanian S. RNA G-kvadruplex v 5' UTR protoonkogenu NRAS moduluje translaci.  (anglicky)  // Chemická biologie přírody. - 2007. - Sv. 3, č. 4 . - S. 218-221. - doi : 10.1038/nchembio864 . — PMID 17322877 .
  10. ↑ Bugaut A. , Balasubramanian S. 5'-UTR RNA G-kvadruplexy: regulace translace a cílení.  (anglicky)  // Výzkum nukleových kyselin. - 2012. - Sv. 40, č. 11 . - S. 4727-4741. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  11. ↑ Balkwill GD , Derecka K. , Garner TP , Hodgman C. , Flint AP , Searle MS Represe translace lidského estrogenového receptoru alfa tvorbou G-kvadruplexu.  (anglicky)  // Biochemie. - 2009. - Sv. 48, č.p. 48 . - S. 11487-11495. doi : 10.1021 / bi901420k . — PMID 19860473 .
  12. ↑ Morris MJ , Basu S. Neobvykle stabilní G-kvadruplex v 5'-UTR mRNA matricové metaloproteinázy MT3 potlačuje translaci v eukaryotických buňkách.  (anglicky)  // Biochemie. - 2009. - Sv. 48, č.p. 23 . - S. 5313-5319. doi : 10.1021 / bi900498z . — PMID 19397366 .
  13. ↑ Tucker WO , Shum KT , Tanner JA G-kvadruplex DNA aptamery a jejich ligandy: struktura, funkce a aplikace.  (anglicky)  // Současný farmaceutický design. - 2012. - Sv. 18, č. 14 . - str. 2014-2026. — PMID 22376117 .
  14. ↑ Gatto B. , Palumbo M. , Sissi C. Aptamery nukleové kyseliny založené na struktuře G-kvadruplexu: terapeutický a diagnostický potenciál.  (anglicky)  // Současná lékařská chemie. - 2009. - Sv. 16, č. 10 . - S. 1248-1265. — PMID 19355883 .
  15. ↑ Ni X. , Castanares M. , Mukherjee A. , Lupold SE Aptamery nukleové kyseliny: klinické aplikace a slibné nové obzory.  (anglicky)  // Současná lékařská chemie. - 2011. - Sv. 18, č. 27 . - S. 4206-4214. — PMID 21838685 .

Literatura

Knihy

Články

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie