G-cvadruplexuri

G-cvadruplexuri ( ing. G-quadruplex, precum și G-tetrade sau G4 ) - secvențe de acid nucleic îmbogățite în guaninăși capabile să formeze structuri din patru lanțuri. Lanțurile de acid nucleic din oligo și polinucleotide de guanozină sunt capabile să se lege între ele în prezența unui mic cation monovalent, cel mai adesea potasiu. Folosind analiza de difracție, s-a arătat că astfel de catenele poli(G) reprezintă un nou tip de pliere ADN, un helix cu patru catene, în care patru baze guanine din catene diferite formează o structură plană menținută de interacțiunile perechilor GG (Fig. 1). Astfel de structuri sunt foarte stabile în soluție și sunt numite cvartete de guanină (G) sau G-tetrade. Fiecare cvartet G este ținut împreună de un total de opt legături de hidrogen formate prin interacțiunea părții Watson-Crick a unei baze de guanină cu Hoogsteen.latura celeilalte. G-quadruplexurile pot fi formate și din oligonucleotide scurte cu secvența corespunzătoare, care poate fi scrisă schematic ca GmXnGmXoGmXpGm, unde m este numărul de guanine din blocul G. Aceste guanine sunt de obicei implicate direct în formarea tetradelor G. Xn, Xo şi Xp pot fi orice combinaţie de resturi, inclusiv G; astfel de regiuni formează bucle între G-tetrade.

Surse de motive G-tetrade

Acizii nucleici care conțin motivul G-tetradă sunt extrem de răspândiți în toți genomii descoperiți în prezent. Astfel de motive au fost găsite în regiunile promotoare , introni și site-uri de comutare din secvența genei imunoglobulinei , punctele fierbinți de recombinare și altele.Analiza genomului uman a identificat mai mult de 350.000 de secvențe capabile teoretic să adopte conformația quadruplex. Aparent, quadruplexurile sunt în echilibru dinamic cu alte forme de ADN, de exemplu, duplexul obișnuit [1] .

Cvadruplex telomerici

Cvartetele G sunt, de asemenea, prezente în ADN la capetele cromozomilor eucarioți cunoscuți sub numele de telomeri . ADN-ul telomeric este repetări în tandem ale blocurilor poli-G scurte, care includ uneori nucleotide adenil sau timidil : (GGTTAG)n sau (TTAGGG)n; în acest caz, tipul de repetare este dependent de specie: de exemplu, repetarea (TTAGGG)n este caracteristică mamiferelor.

Funcția telomerilor este de a proteja capetele cromozomilor de deteriorarea nedorită de la recombinare sau de la nucleaze . ADN-ul telomeric uman în celulele somatice are în medie 8-10 mii de perechi de baze . 100-200 nucleotidele terminale de la capătul 3’ sunt o „coadă” monocatenar, conformațional nerestricţionată. În celulele vii, această „coadă” este asociată cu proteina POt1; în absența acestei proteine, ADN-ul telomeric monocatenar este capabil să se plieze și să se dimerizeze, formând agrafe de păr cu patru catene, care pot fi stabilizate prin formarea tetradelor de guanină. . O altă modalitate de a stabiliza un astfel de ADN este formarea de cvartete G intramoleculare prin pliere repetată.

Cvadruplexuri în regiunile promotoare

Un număr de regiuni ADN din regiunile promotoare ale genelor umane sunt capabile să adopte conformația cvadruplex, oferind astfel reglarea expresiei genelor . Proteinele ale căror gene pot fi reglate în acest mod includ , de exemplu, factorul de transcripție c-MYC [2] , a cărui încălcare este adesea asociată cu limfomul Burkitt [3] , proto-oncogenele RET [4] , Bcl-2 [5] , c- Kit [6] , factor de creștere endotelial vascular [7] , etc.

Cvadruplexuri în regiunea 5' netradusă a ARNm

Analiza bioinformatică a genomului uman a arătat că aproximativ 3.000 de ARNm conțin unul sau mai multe cvadruplexuri în regiunea lor 5'-netradusă [9] . Quadruplexurile localizate în regiunea 5’-netradusă pot fi implicate în reglarea expresiei genelor la nivelul translației [10] . Exemple de astfel de ARN mesageri umani sunt ARNm al receptorului de estrogen [11] , metaloproteinaza extracelulară [12] , proto-oncogena NRAS [9] , etc.

Cvadruplexuri sintetice

Acizii nucleici, ca și proteinele, sunt capabili de legarea selectivă a diferitelor molecule. Astfel de oligonucleotide de legare specifică sunt numite aptameri . Un procent relativ mare de aptameri conțin în structura lor un cvadruplex, care îndeplinește funcția de stabilizare a întregii molecule [13] [14] .

Până în prezent, există o modalitate destul de rapidă și eficientă de a obține aptameri ADN și ARN care se pot lega la aproape orice moleculă mai mult sau mai puțin mare - SELEX . Cu ajutorul SELEX, în ultimele 2 decenii, s-au creat mulți aptameri care pot fi utilizați pentru detectarea diferitelor substanțe, precum și ca bază pentru dezvoltarea medicamentelor [15] .

Note

  1. ↑ Huppert JL , Balasubramanian S. Prevalența cvadruplexelor în genomul uman.  (engleză)  // Cercetarea acizilor nucleici. - 2005. - Vol. 33, nr. 9 . - P. 2908-2916. - doi : 10.1093/nar/gki609 . — PMID 15914667 .
  2. ^ Yang D. , Hurley LH Structura G-quadruplexului relevant din punct de vedere biologic în promotorul c-MYC.  (engleză)  // Nucleozide, nucleotide și acizi nucleici. - 2006. - Vol. 25, nr. 8 . - P. 951-968. - doi : 10.1080/15257770600809913 . — PMID 16901825 .
  3. ^ Spender LC , Inman GJ Evoluții în limfomul Burkitt: noi cooperări în semnalizarea MYC oncogenă.  (Engleză)  // Managementul și cercetarea cancerului. - 2014. - Vol. 6. - P. 27-38. - doi : 10.2147/CMAR.S37745 . — PMID 24426788 .
  4. ^ Guo K. , Pourpak A. , Beetz-Rogers K. , Gokhale V. , Sun D. , Hurley LH Formarea structurilor pseudosimetrice G-quadruplex și i-motiv în regiunea promotoare proximală a oncogenei RET. (engleză)  // Jurnalul Societății Americane de Chimie. - 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. G-quadruplexul major format în promotorul proximal BCL-2 uman adoptă o structură paralelă cu o buclă de 13 nt în soluție K+.  (engleză)  // Jurnalul Societății Americane de Chimie. - 2014. - Vol. 136, nr. 5 . - P. 1750-1753. - doi : 10.1021/ja4118945 . — PMID 24450880 .
  6. ↑ Hsu ST , Varnai P. , Bugaut A. , Reszka AP , Neidle S. , Balasubramanian S. O secvență bogată în G din promotorul oncogenei c-kit formează un G-quadruplex paralel având dinamica G-tetradă asimetrică.  (engleză)  // Jurnalul Societății Americane de Chimie. - 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 Regiunea promotoare proximală a genei factorului de creștere endotelial vascular uman are o structură G-quadruplex care poate fi vizată de G- agenţi interactivi quadruplex.  (Engleză)  // Terapia moleculară a cancerului. - 2008. - Vol. 7, nr. 4 . - P. 880-889. - doi : 10.1158/1535-7163.MCT-07-2119 . — PMID 18413801 .
  8. ↑ Bugaut A., Balasubramanian S. 5'-UTR ARN G-quadruplexes: translation regulation and targeting  //  Nucleic Acids Res : jurnal. - 2012. - doi : 10.1093/nar/gks068 . — PMID 22351747 .
  9. ↑ 1 2 Kumari S. , Bugaut A. , Huppert JL , Balasubramanian S. An ARN G-quadruplex in the 5' UTR of the NRAS proto-oncogene modulates translation.  (Engleză)  // Biologie chimică a naturii. - 2007. - Vol. 3, nr. 4 . - P. 218-221. - doi : 10.1038/nchambio864 . — PMID 17322877 .
  10. ↑ Bugaut A. , Balasubramanian S. 5'-UTR ARN G-quadruplexes: translation regulation and targeting.  (engleză)  // Cercetarea acizilor nucleici. - 2012. - Vol. 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 Reprimarea traducerii receptorului uman de estrogen alfa prin formarea G-quadruplex.  (engleză)  // Biochimie. - 2009. - Vol. 48, nr. 48 . - P. 11487-11495. doi : 10.1021 / bi901420k . — PMID 19860473 .
  12. ↑ Morris MJ , Basu S. Un G-quadruplex neobișnuit de stabil în 5'-UTR al ARNm al metaloproteinazei matricei MT3 reprimă translația în celulele eucariote.  (engleză)  // Biochimie. - 2009. - Vol. 48, nr. 23 . - P. 5313-5319. doi : 10.1021 / bi900498z . — PMID 19397366 .
  13. ↑ Tucker WO , Shum KT , Tanner JA Aptameri ADN G-quadruplex și liganzii lor: structură, funcție și aplicare.  (engleză)  // Design farmaceutic actual. - 2012. - Vol. 18, nr. 14 . - P. 2014-2026. — PMID 22376117 .
  14. ↑ Gatto B. , Palumbo M. , Sissi C. Nucleic acid aptamers based on the G-quadruplex structure: therapeutic and diagnostic potential.  (Engleză)  // Chimie medicinală actuală. - 2009. - Vol. 16, nr. 10 . - P. 1248-1265. — PMID 19355883 .
  15. ↑ Ni X. , Castanares M. , Mukherjee A. , Lupold SE Aptameri de acid nucleic: aplicații clinice și noi orizonturi promițătoare.  (Engleză)  // Chimie medicinală actuală. - 2011. - Vol. 18, nr. 27 . - P. 4206-4214. — PMID 21838685 .

Literatură

Cărți

Articole

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii