СТРУКТУРА И КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГУАНИНОВЫХ КВАДРУПЛЕКСОВ ПРОМОТОРА ГЕНА βA-ГЛОБИНА Gallus gallus

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Гуаниновые квадруплексы – это вторичные структуры нуклеиновых кислот, представленные в геномах всех эукариот, от дрожжей до млекопитающих, где они играют важную роль в поддержании целостности теломер, создании границ ТАДов, а также в регуляции транскрипции, альтернативного сплайсинга и трансляции. Было установлено, что, внося вклад в формирование свободного от нуклеосом участка, гуаниновые квадруплексы, образованные двумя G-богатыми мотивами внутри ориджина репликации, локализованного в промоторе гена βA-глобина Gallus gallus, необходимы для инициации репликации. В нашей работе с помощью спектроскопии кругового дихроизма было проведено исследование структур и динамических свойств гуаниновых квадруплексов, сформированных последовательностью βA-глобинового промотора/ориджина in vitro. Полученные данные показывают, что квадруплексы, расположенные на одном фрагменте ДНК, формируются кооперативно, оказывая влияние на структуры друг друга и всего фрагмента ДНК, на котором они расположены. Эти данные позволяют предположить, что структуры гуаниновых квадруплексов могут определяться их геномным окружением, а также помогают объяснить некоторые свойства квадруплексов, наблюдаемые in vivo.

Об авторах

Е. В Мариловцева

Научный центр психического здоровья

Москва, Россия

Д. О Кошкина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт биологии гена РАН

Биологический факультет Москва, Россия; Москва, Россия

А. В Феофанов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: arfeofanov@yandex.ru
Биологический факультет Москва, Россия

В. М Студитский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Центр исследований рака Фокс Чейз

Email: vasily.snaditsky@fccc.edu
Биологический факультет Москва, Россия; Филадельфия, США

Список литературы

  1. Leontis N. B. and Westhof E. Geometric nomenclature and classification of RNA base pairs. RNA, 7, 499–512, (2001). doi: 10.1017/S1355838201002515
  2. Ghosh A. and Bansal M. A glossary of DNA structures from A to Z. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr., 59, 620–626 (2003). doi: 10.1107/S0907444903003251
  3. Burge S., Parkinson G. N., Hazel P., Todd A. K., and Neidle S. Quadruplex DNA: Sequence, topology and structure. Nucl. Acids Res., 34, 5402–5415 (2006). doi: 10.1093/NAR/GKL655
  4. Phan A.T., Kuryavyi V., Burge S., Neidle S., and Patel D. J. Structure of an unprecedented G-quadruplex scaffold in the human c-Kit promoter. J. Am. Chem. Soc., 129, 4386–4392 (2007). doi: 10.1021/JA068739H
  5. Bhattacharyya D., Arachchilage G. M., and Basu S. Metal cations in G-quadruplex folding and stability. Front. Chem., 4, (2016). doi: 10.3389/FCHEM.2016.00038
  6. Guédin A., Gros J., Alberti P., and Mergny J. L. How long is too long? Effects of loop size on G-quadruplex stability. Nucl. Acids Res., 38, 7858–7868 (2010). doi: 10.1093/NAR/GKQ639
  7. Agrawal P., Hatzakis E., Guo K., Carver M., and Yang D. Solution structure of the major G-quadruplex formed in the human VEGF promoter in K+: Insights into loop interactions of the parallel G-quadruplexes. Nucleic Acids Res 2013, 41, 10584–10592, doi: 10.1093/NAR/GKT784
  8. Pandey S., Agarwala P., and Maiti S. Effect of loops and G-quartets on the stability of RNA G-quadruplexes. J. Phys. Chem. B, 117, 6896–6905 (2013). doi: 10.1021/JP401739M
  9. Ma Y., Iida K., and Nagasawa K. Topologies of G-quadruplex: Biological functions and regulation by ligands. Biochem. Biophys. Res. Commun., 531, 3–17 (2020). doi: 10.1016/j.bbrc.2019.12.103
  10. Li Q. J., Tong X. J., Duan Y. M., and Zhou J. Q. Characterization of the intramolecular G-quadruplex promoting activity of Esri. FEBS Lett., 587, 659–665 (2013). doi: 10.1016/J.FEBSLET.2013.01.024
  11. Zhang L., Sui C., Yang W., and Luo Q. Amino acid transporters: Emerging roles in drug delivery for tumor-targeting therapy. Asian J. Pharm. Sci., 15, 192–206 (2020). doi: 10.1016/j.aips.2019.12.002
  12. Bryan T. M. G-quadruplexes at telomeres: Friend or foe? Molecules, 25 (16), 3686 (2020). doi: 10.3390/molecules25163686
  13. Shiekh S., Kodikara S. G., and Balci H. Structure, topology, and stability of multiple G-quadruplexes in long telomeric overhangs. J. Mol. Biol., 436 (1), 168205 (2024). doi: 10.1016/j.jmb.2023.168205
  14. Hou Y., Li F., Zhang R., Li S., Liu H., Qin Z. S., and Sun X. Integrative characterization of G-quadruplexes in the three-dimensional chromatin structure. Epigenetics, 14, 894–911 (2019). doi: 10.1080/1559294.2019.1621140
  15. Williams J. D., Housevova D., Johnson B. R., Dyniewski B., Berroyer A., French H., Barchie A. A., Bilbrey D. D., Demeis J. D., Ghee K. R., Hughes A. G., Kreitz N. W., McInnis C. H., Pudner S. C., Reeves M. N., Stahly A. N., Turcu A., Watters B. C., Daly G. T., Langley R. J., Gillespie M. N., Prakash A., Larson E. D., Kasukurthi M. V., Huang J., Jinks-Robertson S., and Borchert G. M. Characterization of long G4-rich enhancer-associated genomic regions engaging in a novel loop-loop “G4 Kissing” interaction. Nucl. Acids Res., 48, 5907–5925 (2020). doi: 10.1093/NAR/GKAA357
  16. Mao S. Q., Ghanbarian A. T., Spiegel J., Martinez Cuesta S., Beraldi D., Di Antonio M., Marsico G., Hänsel-Hertsch R., Tamahill D., and Balasubramanian S. DNA G-quadruplex structures mold the DNA methylome. Nat. Struct. Mol. Biol., 25, 951–957 (2018). doi: 10.1038/S41594-018-0131-8
  17. Berardinelli F., Tanori M., Muoto D., Buccarelli M., Di Masi A., Leone S., Ricci-Vitiani L., Pallini R., Mancuso M., and Antoccia A. G-Quadruplex ligand RHPS4 radiosensitizes glioblastoma xenograft in vivo through a differential targeting of bulky differentiated-and stem-cancer cells. J. Exp. Clin. Cancer Res., 38, 311 (2019). doi: 10.1186/S13046-019-1293-X
  18. Yang M., Carter S., Parmar S., Bunne D. D., Calabrese D. R., Liang X., Yazdani K., Xu M., Liu Z., Thiele C. J., and Schneekloch J. S. Targeting a noncanonical, hairpin-containing G-quadruplex structure from the MYCN gene. Nucl. Acids Res., 49, 7856–7869 (2021). doi: 10.1093/NAR/GKAB594
  19. Han Z. and Wen L. G.-Quadruplex in cancer energy metabolism: a potential therapeutic target. Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj., 1869 (7), 130810 (2025). doi: 10.1016/j.bbagen.2025.130810
  20. Figueiredo J., Mergny J. L., and Cruz C. G.-Quadruplex ligands in cancer therapy: Progress, challenges, and clinical perspectives. Life Sci., 340, 122481 (2024). doi: 10.1016/j.lfs.2024.122481
  21. Bhattacharyya U., Bhatia T., Deshpande S. N., and Thelma B. K. Association of G-quadruplex variants with schizophrenia symptoms. Schizophr. Res., 243, 361–363 (2022). doi: 10.1016/j.schres.2021.06.008
  22. Mohaghegh P., Karow J. K., Brosn R. M., Bohr V. A., and Hickson I. D. The Bloom’s and Werner’s syndrome proteins are DNA structure-specific helicases. Nucl. Acids Res., 29, 2843–2849 (2001). doi: 10.1093/NAR/29.13.2843
  23. Alkhunazi E., Shaheen R., Bharti S. K., Joseph-George A. M., Chong K., Abdel-Salam G. M. H., Alowan M., Blaser S. I., Papsin, B. C., Butt, M., Hashem M., Martin N., Godoy R., Brosn R. M. Jr, Alkuraya F. S., and Chitayat D. Warsaw breakage syndrome: Further clinical and genetic delineation. Am. J. Med. Genet. A, 176, 2404–2418 (2018), doi: 10.1002/AJMG.A.40482
  24. van Schiel J. J. M., Faramarz A., Balk J. A., Stewart G. S., Cantelli E., Oostra A. B., Rootmans M. A., Parish J. L., de Almeida Esteves C., Dumic, K., Barisic I., Diderich K. E. M., van Siegtenhorst M. A., Mahlab M., Pisani F. M., Te Riele H., Ameziane N., Wolthuis R. M. F., and de Lange J. Warsaw breakage syndrome associated DDXII helicase resolves G-quadruplex structures to support sister chromatid cohesion. Nat. Commun., 11 (1), 4287 (2020). doi: 10.1038/S41467-020-18066-8
  25. Poulet-Benedetti J., Tonnerre-Doncarii C., Valton A. L., Laurent M., Gerard M., Barinova N., Parisis N., Massip, F., Picard F., and Prioleau M. N. Dimeric G-quadruplex motifs-induced NFRS determine strong replication origins in vertebrates. Nat. Commun., 14, 4843 (2023). doi: 10.1038/S41467-023-40441-4
  26. Borras L. and Huguelet P. Schizophrenia and beta-thalassemia: A genetic link? Psychiatry Res., 158, 260–261 (2008). doi: 10.1016/j.psychres.2007.11.001
  27. Jin Y., Cheng Y., Mi J., and Xu J. A rare case of schizophrenia coexistence with antiphospholipid syndrome, β-thalassemia, and monoclonal gammopathy of undetermined significance. Front. Psychiatry, 14, 1178247 (2023). doi: 10.3389/FPSYT.2023.1178247
  28. Del Villar-Guerra R., Gray R. D., and Chaires J. B. Characterization of quadruplex DNA structure by circular dichroism. Curr. Protoc. Nucl. Acid Chem., 68, 17.8.1–17.8.16 (2017). doi: 10.1002/CPNC.23
  29. Zacchia M., Abategiovanni M. L., Stratigis S., and Capasso G. Potassium: From physiology to clinical implications. Kidney Dis. (Basel), 2, 72–79 (2016). doi: 10.1159/000446268
  30. Schiavone D., Guilbaud G., Murat P., Papadopoulou C., Sarkies P., Prioleau M., Balasubramanian S., and Sale J. E. Determinants of G quadruplex-induced epigenetic instability in REV 1-deficient cells. EMBO J., 33, 2507–2520 (2014). doi: 10.15252/EMBI.201488398
  31. Valton A. L., Hassan-Zadeh V., Lema I., Boggetto N., Alberti P., Saintomé C., Riou J. F., and Prioleau M. N. G4 motifs affect origin positioning and efficiency in two vertebrate replicators. EMBO J., 33, 732–746 (2014). doi: 10.1002/EMBI.201387506
  32. del Villar-Guerra R., Trent J. O., and Chaires J. B. G-quadruplex secondary structure obtained from circular dichroism spectroscopy. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 57, 7171–7175 (2018). doi: 10.1002/ANIE.201709184
  33. Harkness R. W. and Mittermaier A. K. G-register exchange dynamics in guanine quadruplexes. Nucl. Acids Res., 44, 3481–3494 (2016). doi: 10.1093/NAR/GKW190
  34. Linke R., Limmer M., Juranek S. A., Heine A., and Paeschke K. The relevance of G-quadruplexes for DNA repair. Int. J. Mol. Sci., 22 (22), 12599 (2021). doi: 10.3390/IJMS222212599

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025