Трехцепочечная ДНК

Трехцепочечная ДНК (также известная как H-ДНК или триплекс-ДНК ) представляет собой структуру ДНК , в которой три олигонуклеотида закручиваются вокруг друг друга и образуют тройную спираль . В трехцепочечной ДНК третья цепь связывается с ДНК B-формы (посредством спаривания оснований Уотсона-Крика двойной спиралью ).путем образования пар оснований Хугстина или обратных водородных связей Хугстина.
Структура
[ редактировать ]Примеры трехцепочечной ДНК из природных источников с необходимым сочетанием основного состава и структурных элементов описаны, например, в Satellite DNA . [1]
Спаривание оснований Хугстина
[ редактировать ]тимина (Т) Нуклеиновое основание может связываться с парой оснований Уотсона-Крика ТА, образуя водородную связь Хугстина . Водородные связи тимина с аденозином (А) исходной двухцепочечной ДНК образуют триплет оснований ТА*Т. [2]
Межмолекулярные и внутримолекулярные взаимодействия
[ редактировать ]
Существует два класса триплексной ДНК: межмолекулярные и внутримолекулярные образования. Межмолекулярный триплекс относится к образованию триплекса между дуплексом и другой (третьей) цепью ДНК. Третья цепь может происходить либо из соседней хромосомы, либо из триплекс-образующего олигонуклеотида (TFO). Внутримолекулярный триплекс ДНК образуется из дуплекса гомопуриновой и гомопиримидиновой цепей с зеркальной симметрией повторов. [4] Степень сверхспирализации ДНК влияет на степень образования внутримолекулярного триплекса. [5] Существует два разных типа внутримолекулярного триплекса ДНК: H-ДНК и H*-ДНК. Образование H-ДНК стабилизируется в кислых условиях и в присутствии двухвалентных катионов, таких как Mg. 2+ . В этой конформации гомопиримидиновая цепь дуплекса изгибается назад и параллельно связывается с пуриновой цепью. Базовые триады, используемые для стабилизации этой конформации, — это TA*T и CG*A. + . Цитозин этой базовой триады необходимо протонировать, чтобы сформировать внутримолекулярную тройную спираль, поэтому эта конформация стабилизируется в кислых условиях. [6] H*-ДНК имеет благоприятные условия образования при нейтральном pH и в присутствии двухвалентных катионов. [5] Эта внутримолекулярная конформация образуется в результате антипараллельного связывания гомопуриновой и пуриновой цепи дуплекса. Он стабилизирован тройками оснований TA*A и CG*G. [4] [6]
Функция
[ редактировать ]Триплексообразующие олигонуклеотиды (TFO)
[ редактировать ]TFO представляют собой короткие (≈15–25 нт) нити нуклеиновой кислоты, которые связываются в большой бороздке двухцепочечной ДНК с образованием внутримолекулярных структур тройной ДНК. Есть некоторые свидетельства того, что они также способны модулировать активность генов in vivo . В пептидной нуклеиновой кислоте (ПНК) сахарофосфатный остов ДНК заменен белковоподобным остовом. ПНК образуют P-петли при взаимодействии с дуплексной ДНК, образуя триплекс с одной цепью ДНК, вытесняя другую. Предполагалось, что под белком RecA в ходе гомологичной рекомбинации образуются очень необычные рекомбинации или параллельные триплексы, или R-ДНК. [7]
TFO специфически связываются с гомопурин-гомопиримидиновыми областями, которые часто встречаются в последовательностях промоторов и интронов генов, влияя на передачу сигналов в клетках. [8] TFO могут ингибировать транскрипцию путем связывания с высокой специфичностью со спиралью ДНК, тем самым блокируя связывание и функцию факторов транскрипции для определенных последовательностей. Вводя TFO в клетку (путем трансфекции или другими способами), можно контролировать экспрессию определенных генов. [9] Это приложение имеет новые последствия для сайт-специфического мутагенеза и генной терапии. В клетках рака простаты человека транскрипционный фактор Ets2 сверхэкспрессируется и считается, что в таком избытке он способствует росту и выживанию клеток. Карбоне и др. разработали специфичный для последовательности TFO для последовательности промотора Ets2, который подавлял экспрессию гена и приводил к замедлению роста клеток и их гибели. [10] Чангсянь и др. также представили TFO, нацеленный на промоторную последовательность bcl-2, гена, ингибирующего апоптоз. [11]
Наблюдаемое ингибирование транскрипции также может иметь негативные последствия для здоровья, например, его роль в рецессивном аутосомном гене атаксии Фридрейха . [12] При атаксии Фредрика образование триплексной ДНК нарушает экспрессию интрона 1 гена FXN . Это приводит к дегенерации нервной системы и спинного мозга, нарушению движений конечностей. [13] Было показано, что для борьбы с этой триплексной нестабильностью белки эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) распознают и восстанавливают трехцепочечные структуры ДНК, восстанавливая полную доступность ранее ингибированного и нестабильного гена. [14]

Пептид-нуклеиновые кислоты (ПНК)
[ редактировать ]Пептидные нуклеиновые кислоты представляют собой синтетические олигонуклеотиды, которые устойчивы к деградации протеаз и используются для индукции восстановления в специфических областях образования триплекса на геномных сайтах ДНК. ПНК способны связываться с высокой аффинностью и специфичностью последовательности с комплементарной последовательностью ДНК посредством связывания пар оснований Уотсона-Крика и способны образовывать тройные спирали за счет параллельных ориентационных связей Хугстина , при этом ПНК обращена к 5'-концу цепи ДНК. [15] Триплекс ПНК-ДНК стабильен, поскольку ПНК состоят из нейтрально заряженного псевдопептидного остова, который связывается с последовательностью двухцепочечной ДНК (дцДНК). [16] Подобно гомопиримидину в ТФО, гомопиримидин в ПНК способен образовывать связь с комплементарным гомопурином в целевой последовательности дцДНК. Эти аналоги ДНК способны связываться с дцДНК, используя условия окружающей среды ДНК и различные способы прогнозирования распознавания. Это отличается от TFO, которые связываются через распознавание основной бороздки дцДНК. [15]
Одним из прогнозирующих способов распознавания, используемых для распознавания, является дуплексное вторжение. [17] [16] В пределах смешанной последовательности дцДНК A-T/G-C воздействует пара псевдокомплементарных (pc) ПНК, которые способны связываться с дцДНК посредством двойной инвазии посредством одновременного образования диаминопурина (D) и тиоурацила (U). с ), которые заменяют аденин и тимин соответственно. [17] Пара ПК PNA образует DT и U с -A и GC или CG Уотсона-Крика спарили спираль ПНК-ДНК с каждой из комплементарных цепей ДНК. Другая форма распознаваемой дуплексной инвазии в целевую последовательность может возникать в дцДНК, содержащей смешанные последовательности Т-С. [18] Эта форма дуплексной инвазии достигается за счет комплементарной последовательности гомопуриновых ПНК-олигомеров. Этот триплекс образуется из гибрида ПНК-ДНК, который антипараллельно связывается с комплементарной последовательностью ДНК и приводит к смещению некомплементарной цепи ДНК. [16]
Кроме того, ПНА можно модифицировать для формирования триплексных структур «зажима» в целевом сайте. [17] Одним из типов образующегося «зажима» является структура бис-ПНК, в которой две молекулы ПНК удерживаются вместе гибким линкером, таким как 8-амино-3,6-диоксаоктановая кислота (О). [19] Структура бис-ПНК образует триплекс ПНК-ДНК-ПНК в целевом сайте, где одна цепь образует пары оснований Уотсона-Крика с ДНК в антипараллельной ориентации, а другая цепь образует пары оснований Хугстина с гомопуриновой цепью ДНК в ДНК-цепи. ПНА дуплекс. [18] Хвостовой зажим PNA (tcPNA) также представляет собой еще одну форму тройного зажима, которую также можно сформировать. TcPNA содержат расширенный хвост длиной 5–10 пар оснований, который образует дуплекс ПНК/ДНК в дополнение к «зажиму» ПНК-ДНК-ПНК. Это позволяет более точно связывать ПНК без необходимости гомопиримиди/пиридинового растяжения. [16] Было показано, что эти зажимные структуры обладают высоким сродством и специфичностью. Добавление остатков лизина к одному или обоим концам ПНК можно использовать для увеличения клеточного поглощения и связывания. [17]
Генетическая регуляция
[ редактировать ]Трехцепочечная ДНК участвует в регуляции нескольких генов. Например, ген c- myc был подвергнут обширным мутациям, чтобы изучить роль, которую триплексная ДНК по сравнению с линейной последовательностью играет в регуляции генов. Промоторный элемент c- myc , называемый нуклеазо-чувствительным элементом или NSE, может образовывать тандемные внутримолекулярные триплексы типа H-ДНК и имеет мотив повторяющейся последовательности (ACCCTCCCC) 4 . Мутантный NSE исследовали на транскрипционную активность, а также на его способность образовывать внутри- и межмолекулярный триплекс. Транскрипционную активность мутантных NSE можно предсказать по способности элемента образовывать H-ДНК, а не по количеству повторов, положению или количеству мутантных пар оснований. Таким образом, ДНК может быть динамическим участником транскрипции гена c-myc. [20]
Экспрессия генов
[ редактировать ]Согласно нескольким опубликованным статьям, H-ДНК обладает способностью регулировать экспрессию генов в зависимости от таких факторов, как местоположение и близлежащие последовательности. Хотя в межгенных областях прокариотического генома обнаружено небольшое количество встречающихся в природе H-ДНК или триплексных мотивов, было показано, что структуры H-ДНК более распространены в эукариотическом геноме. Было показано, что H-ДНК особенно распространена в клетках млекопитающих, включая человека (1 на каждые 50 000 пар оснований). [15] Генетические последовательности, участвующие в регуляции генов, обычно обнаруживаются в промоторных областях генома эукариот. [15]
Следовательно, промоторная область проявляет способность образовывать H-ДНК с более высокой частотой. [15] Биоинформатический анализ генома S. cerevisiae выявил появление H-ДНК и других мотивов тройной ДНК в четырех организационных областях: интронах, экзонах, промоторных областях и разных областях. Биоинформатика выявила в общей сложности 148 возможных структур H-ДНК или триплета ДНК. На промоторную область приходится более высокая частота с 71 тройной структурой, в то время как на экзоны приходится 57 тройных структур, а на интроны и прочие структуры приходится 2 и 18 структур. [21]
Исследования экспрессии эукариотического генома in vitro и in vivo привели к одному из трех результатов: повышающая регуляция, понижающая регуляция или отсутствие изменений в присутствии мотивов H-ДНК. [15] Като и др. сообщили об усилении экспрессии lacZ при введении H-ДНК в промотор B-лактамазы . [22] [15] С другой стороны, аналогичное исследование (Brachmachari et al. ) не выявило статистически значимого ингибирования репортерного гена lacZ , когда H-ДНК была вставлена в геном клеток COS млекопитающих. [15] Хотя исследования предполагают регуляцию H-ДНК, этот механизм все еще находится на стадии изучения. Потаман и др . связывает механизм регуляции генов с взаимодействиями между H-ДНК и ТАТА-боксом, обнаруженным в промоторной области Na,K-АТФазы . В образованиях H-ДНК, прилегающих к ТАТА-боксу, структура H-ДНК дестабилизирует связи ТА, необходимые для транскрипции. Вмешательство в ТАТА-бокс ингибирует транскрипционный аппарат и инициацию транскрипции, что мешает экспрессии генов. [15] [23] Другие механизмы, связанные с геномной экспрессией генетической последовательности в присутствии H-ДНК, включают TFO. Исследования in vitro выявили снижение экспрессии генов в присутствии ТФО в клетках млекопитающих. [24] Другой возможный механизм, представленный Валентиной и др. предполагают, что триплексный комплекс олигонуклеотидов с 13-мерным мотивом AG (комплекс TFO) подавляет транскрипцию мРНК посредством конкурентного ингибирования. [25] Прямое ингибирование экспрессии генов с помощью H-ДНК является ключом к мутагенезу, ингибированию репликации и даже рекомбинации ДНК в геноме. [15]
Рекомбинация
[ редактировать ]
Было показано, что мотивы H-ДНК стимулируют гомологичную рекомбинацию с использованием различных механизмов. Первые выводы о роли H-ДНК в рекомбинации появились в начале 1990-х годов при наблюдении RecA , белка рекомбинации бактериальной ДНК, состоящего из тройной спирали ДНК. RecA проявляет ферментативную активность, необходимую для рекомбинации. [7] [26] Гомологичная рекомбинация с участием мотивов H-ДНК также была обнаружена у эукариот. Было показано, что RadA, белок, гомологичный RecA, обладает той же ферментативной активностью при рекомбинации, что и RecA. [27] Белок обладает способностью продвигать и обменивать гомологичные цепи через параллельные трехцепочечные спирали. [28] [29] Одноцепочечная ДНК (оцДНК) и комплементарная двухцепочечная ДНК (дцДНК) образуют структуру D-петли. [30] [15] Другой возможный механизм RecA включает в себя оцДНК из двух отдельных структур H-ДНК с образованием пар оснований Уотсона-Крика. Новая структура известна как соединение Холлидея, промежуточное звено в гомологичной рекомбинации. [15] H-ДНК также обнаруживается в других формах рекомбинации. В клетках млекопитающих последовательности H-ДНК демонстрируют высокую частоту рекомбинации. Например, исследование, проведенное на клеточной линии миеломы мышей, обнаружило структуры H-ДНК в Cγ2a и Cγ2b, которые участвуют в обмене сестринских хроматид. [15]
Биологические последствия
[ редактировать ]Генетическая нестабильность
[ редактировать ]Значительные исследования были направлены на изучение биологических последствий, связанных с присутствием H-ДНК в основных областях разрыва (Mbr) и двухцепочечных точках разрыва определенных генов. Недавние работы связали наличие структур, отличных от B-ДНК, со случаями генетической нестабильности. [31]
Полипуриновые последовательности, образующие H-ДНК с зеркальным повтором, были обнаружены рядом с промотором P1 гена c-MYC и связаны с основными «горячими точками» точки разрыва в этой области. Случаи генетической нестабильности наблюдались также у потомков F1 трансгенных мышей после включения в их геномы последовательностей, образующих H-ДНК человека, в паре с последовательностями Z-ДНК , где ранее о нестабильности не сообщалось. [32] Кроме того, R.RY. наблюдалось образование конформаций H-ДНК bcl-2 на Mbr гена Предполагается, что образование этих структур вызывает транслокацию t(14;18), наблюдаемую при многих видах рака и большинстве фолликулярных лимфом . Это наблюдение привело к исследованию, которое показало, что существенное уменьшение количества событий транслокации можно наблюдать после блокирования образования H-ДНК путем небольшого изменения последовательности этой области. [32] [33] Также было обнаружено, что длинные участки GAA·TTC образуют очень стабильные структуры H-ДНК. Было показано, что взаимодействие между этими двумя структурами H-ДНК, называемыми липкой ДНК, прерывает транскрипцию X25 или гена фратаксина . Поскольку снижение уровня белка фратаксина связано с атаксией Фридрейха , предполагается, что формирование этой нестабильности является основой этого генетического заболевания. [34] [35] Трехцепочечная ДНК наблюдалась в сверхспиральной сателлитной ДНК в регионах, где число копий микросателлитов сильно варьируется, а также структуры Z-ДНК с инвертированными повторами в более крупной повторной единице сателлитной ДНК размером 2,1 КБ. [36]
Кроме того, было показано, что H-ДНК вызывает мутации, связанные с критическими клеточными процессами, такими как ДНК репликация и транскрипция . [37] Важность этих процессов для выживания привела к развитию сложных механизмов репарации ДНК , которые позволяют клеткам распознавать и устранять повреждения ДНК. Неканонические структуры ДНК могут восприниматься клеткой как повреждение, и недавние работы показали повышенную распространенность мутаций вблизи последовательностей, не образующих B-ДНК. [37] Некоторые из этих мутаций происходят из-за взаимодействия между H-ДНК и ферментами, участвующими в репликации и транскрипции ДНК, где H-ДНК вмешивается в эти процессы и запускает различные механизмы репарации ДНК. Это может вызвать генетическую нестабильность и вовлечь H-ДНК в образование рака. [37]
репликация ДНК
[ редактировать ]Было показано, что репликация ДНК влияет на функцию различных ферментов репарации ДНК. Образование H-ДНК включает образование одноцепочечной ДНК (оцДНК), которая более восприимчива к атаке нуклеаз . [37] Было показано, что различные нуклеазы взаимодействуют с H-ДНК зависимым или независимым от репликации образом. [37]
Исследование с использованием человеческих клеток показало, что нуклеазы эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) ERCC1-XPF и ERCC1-XPG вызывают генетическую нестабильность. [38] Эти ферменты расщепляют H-ДНК по петле, образованной двумя водородными связями Хугстина и 5'-концом другой цепи Уотсона-Крика, соответственно. [38] Было показано, что это расщепление вызывает большие делеции , которые вызывают двухцепочечные разрывы (DSB) в ДНК, что может привести к генетической нестабильности. [37] [38] В клетках, дефицитных по ERCC1-XPF и ERCC1-XPG, эти делеции были менее распространены вблизи последовательностей, образующих H-ДНК. [38] Кроме того, больше мутаций было обнаружено в клетках с дефицитом ERCC1-XPF и ERCC1-XPG при отсутствии репликации ДНК, что позволяет предположить, что они обрабатывают H-ДНК независимым от репликации способом. [38]
Альтернативно, было обнаружено, что нуклеаза репарации репликации ДНК FEN1 подавляет генетическую нестабильность. [38] Подобно ERCC1-XPG, FEN1 расщепляет H-ДНК на 5'-конце цепи, не участвующей в образовании водородных связей Хугстина. [38] Клетки HeLa с дефицитом FEN1 показали более высокую распространенность делеций вблизи последовательностей, образующих H-ДНК, но мутагенез, индуцированный H-ДНК, был более выражен в клетках с дефицитом FEN1 в присутствии репликации ДНК. [38] Это предполагает, что FEN1 подавляет мутагенез, индуцированный H-ДНК, репликационно-зависимым образом. [38]
H-ДНК вовлечена в этиологию рака человека из-за преобладания последовательностей, образующих H-ДНК, вблизи точек разрыва транслокации в раковых геномах. [38] Опосредованная репликацией нуклеазная активность H-ДНК подчеркивает еще один способ мутагенеза, индуцированного H-ДНК, и приводящего к росту рака.
Транскрипция
[ редактировать ]Последовательности, образующие H-ДНК, также могут вызывать генетическую нестабильность, вмешиваясь в транскрипцию и преждевременно останавливая ее. [37] Раскручивание ДНК, участвующее в транскрипции, делает ее более восприимчивой к повреждениям. При репарации, связанной с транскрипцией (TCR), повреждение матричной цепи ДНК останавливает функцию РНК-полимеразы и сигнализирует факторам TCR о разрешении повреждения путем его вырезания. [39] H-ДНК можно рассматривать как одно из таких поражений.
Исследование, наблюдающее за транскрипцией РНК-полимеразой Т7 на стабильном аналоге последовательности, образующей H-ДНК, обнаружило блокировку транскрипции в месте соединения дуплекс-триплекс. Здесь матричной цепью была центральная цепь H-ДНК, и сложность разрыва ее водородных связей Уотсона-Крика и Хугстина остановила развитие транскрипции. [40]
Когда транскрипцию с помощью Т7 наблюдали на промоторе P0 гена c-MYC , обнаруженные укороченные продукты транскрипции указывали на то, что транскрипция останавливалась в непосредственной близости от последовательности, образующей H-ДНК, ниже промотора. Образование H-ДНК в этой области предотвращает перемещение Т7 вниз по цепи матрицы из-за вызываемых им стерических затруднений. Это останавливает транскрипцию и сигнализирует факторам TCR о разрешении H-ДНК, что приводит к вырезанию ДНК, что может вызвать генетическую нестабильность. [39] Зеркальная симметрия и преобладание остатков гуанина в гене c-MYC придают ему высокую склонность к образованию неканонических структур ДНК. [41] Это в сочетании с активностью факторов TCR во время транскрипции делает его высокомутагенным, играя роль в развитии лимфомы Беркитта и лейкемии . [39] [41]
Приложения
[ редактировать ]Области трехцепочечной ДНК могут быть созданы посредством ассоциации триплекс-образующих олигонуклеотидов (TFO) и пептидно-нуклеиновых кислот (PNA). Исторически было показано, что связывание TFO ингибирует транскрипцию, репликацию и связывание белка с ДНК. [17] Также было показано, что ТФО, связанные с мутагенами, способствуют повреждению ДНК и вызывают мутагенез. [15] Хотя известно, что TFO препятствует транскрипции и репликации ДНК, недавние исследования показали, что TFO может использоваться для опосредования сайт-специфических модификаций генов как in vitro , так и in vivo . [17] Другое недавнее исследование также показало, что ТФО можно использовать для подавления онкогенов и протоонкогенов, чтобы уменьшить рост раковых клеток. Например, в недавнем исследовании ТФО использовались для уменьшения гибели клеток в клетках гепатомы за счет снижения экспрессии МЕТ.
PNA TFO обладают способностью повышать частоту рекомбинации, что приводит к целенаправленному и специфическому редактированию генов. Триплексная спираль ПНА-ДНК-ПНК способна распознаваться собственным механизмом репарации ДНК клетки, который повышает чувствительность окружающей ДНК к гомологичной рекомбинации. Чтобы сайт-специфическая структура ПНК опосредовала рекомбинацию внутри последовательности ДНК, структура бис-ПНК может быть связана с фрагментом ДНК длиной 40 нуклеотидов, который гомологичен соседнему участку гена-мишени. [18] Было показано, что связывание TFO с цепью донорской ДНК индуцирует рекомбинацию целевого гена и целевой области соседнего гена. [42] Механизм этой формы рекомбинации и репарации связан с путем эксцизионной репарации нуклеотидов (NER), играющим роль в распознавании и восстановлении триплексных структур. [18] [17] Многочисленные исследования показывают, что пигментная группа А ксеродермы (XPA) и белок репликации А (RPA), которые являются факторами NER, способны специфически связываться в виде комплекса со сшитыми триплексными структурами. Известно, что этот механизм наряду с другими играет роль в распознавании и восстановлении триплексных структур.
Доставка ТФО in vivo была основным препятствием на пути использования ТФО для модификации генов. [43] В одном исследовании по нацеливанию на гемопоэтические стволовые клетки in vivo предложен новый метод конъюгации молекул ПНК с проникающим в клетку пептидом (CPP) вместе с наночастицами поли(молочной-ко-гликолевой кислоты) ( PLGA ), чтобы обеспечить модификации на 6 пар оснований в гене CCR5 . [42] Редактирование гена CCR5 связано с устойчивостью ВИЧ-1. [44] CPP — это белки, которые способны успешно переносить «груз», такой как небольшие белки или молекулы, в клетки. PGLA представляют собой биоразлагаемый материал, который инкапсулирует молекулы PNA в виде наночастиц для сайт-специфических модификаций генома. [42] Исследование показало, что наночастицы ПНК-ДНК PGLA способны эффективно редактировать гемопоэтические стволовые клетки с меньшей токсичностью и без вирусов, а конъюгация с CPP обеспечивает прямое нацеливание на гены для сайт-специфического мутагенеза в стволовых клетках.
В новом исследовании генной терапии муковисцидоза (CF) три пептидно-нуклеиновые кислоты (PNA) зажима хвоста были разработаны вместе с молекулой донорской ДНК для доставки с помощью наночастиц для коррекции мутаций F508 del в регуляторе трансмембранной проводимости муковисцидоза ( CFTR ) в эпителиальные клетки бронхов человека in vivo и in vitro. [45] Мутация F508 del является наиболее часто встречающейся мутацией, приводящей к развитию МВ. [46] Мутация F508 приводит к потере функции CFTR, который представляет собой хлоридный канал плазматической мембраны, регулируемый циклическим аденозинмонофосфатом (цАМФ). В этом исследовании им удалось создать новый подход к лечению CF за счет использования наночастиц для коррекции мутации F508 del CFTR как in vitro в клетках бронхиального эпителия человека (HBE), так и in vivo на мышиной модели CF, что привело к появление CFTR-зависимого транспорта хлоридов. [45]
История
[ редактировать ]
Трехцепочечные структуры ДНК были распространенной гипотезой в 1950-х годах, когда ученые пытались открыть истинную структурную форму ДНК. Уотсон и Крик (которые позже получили Нобелевскую премию за свою модель двойной спирали) первоначально рассматривали модель тройной спирали, как и Полинг и Кори , которые опубликовали предложение по своей модели тройной спирали в 1953 году. [47] [48] а также коллега-ученый Фрейзер. [49] Однако вскоре Уотсон и Крик выявили несколько проблем с этими моделями:
- Отрицательно заряженные фосфаты вблизи оси отталкивают друг друга, оставляя вопрос о том, как трехцепочечная структура остается целостной.
- В модели тройной спирали (особенно в модели Полинга и Кори) некоторые расстояния Ван-дер-Ваальса кажутся слишком маленькими.
Модель Фрейзера отличалась от модели Полинга и Кори тем, что в его модели фосфаты находятся снаружи, а основания — внутри, и связаны друг с другом водородными связями. Однако Уотсон и Крик сочли модель Фрейзера слишком нечеткой, чтобы конкретно комментировать ее недостатки.
Альтернативная структура трехцепочечной ДНК была описана в 1957 году. [50] Фельзенфельд, Дэвис и Рич предсказали, что если одна цепь будет содержать только пурины, а другая — только пурины, то эта цепь претерпит конформационные изменения с образованием трехцепочечной спирали ДНК. Было предсказано, что трехцепочечная ДНК (H-ДНК) состоит из одной полипуриновой и двух полипиримидиновых нитей. [7] [50] Считалось, что он происходит только в одном биологическом процессе in vivo : в качестве промежуточного продукта при действии E. coli фермента рекомбинации RecA . [50] Ранние модели 1960-х годов предсказывали образование комплексов между полицетиловыми и гуаниновыми олигонуклеотидами. Модели предполагали взаимодействия, известные как спаривание Хугстена (не взаимодействия Ватсона-Крика), расположенные в большой бороздке. [7] Вскоре после этого были предсказаны тройные спирали, состоящие из одной пиримидиновой и двух пуриновых цепей. [7] Открытие участков H-ДНК в суперспирализированных плазмидах вызвало современный интерес к потенциальной функции триплексных структур в живых клетках. [51] Кроме того, вскоре было обнаружено, что гомопиримидин и некоторые богатые пуринами олигонуклеотиды способны образовывать стабильную структуру H-ДНК со структурами, специфичными для связывания гомопурин-гомопиримидина, на дуплексах ДНК. [52]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ [Фаулер, РФ; Скиннер, DM (5 июля 1986 г.). «ДНК эукариот расходится по длинному и сложному пиримидин-пуриновому тракту, который может принимать измененные конформации». Журнал биологической химии. 261 (19): 8994–9001. PMID 3013872.]
- ^ Ри С., Хан З., Лю К., Майлз Х.Т., Дэвис Д.Р. (декабрь 1999 г.). «Структура тройной спиральной ДНК с триплекс-дуплексным соединением». Биохимия . 38 (51): 16810–5. дои : 10.1021/bi991811m . ПМИД 10606513 .
- ^ Мергни Дж.Л., Сан Дж.С., Руже М., Монтене-Гарестье Т., Барсело Ф., Шомилье Ж., Элен К. (октябрь 1991 г.). «Специфичность последовательности при образовании тройной спирали: экспериментальные и теоретические исследования влияния несовпадений на стабильность триплекса». Биохимия . 30 (40): 9791–8. дои : 10.1021/bi00104a031 . ПМИД 1911764 .
- ^ Jump up to: а б Уссери Д.В., Синден Р.Р. (июнь 1993 г.). «Влияние окружающей среды на уровень внутримолекулярной триплексной ДНК in vivo в Escherichia coli». Биохимия . 32 (24): 6206–13. дои : 10.1021/bi00075a013 . ПМИД 8512930 .
- ^ Jump up to: а б Дайн А., Самадашвили ГМ, Миркин С.М. (декабрь 1992 г.). «Внутримолекулярные триплексы ДНК: необычные требования к последовательности и влияние на полимеризацию ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (23): 11406–10. Бибкод : 1992PNAS...8911406D . дои : 10.1073/pnas.89.23.11406 . ПМЦ 50559 . ПМИД 1454828 .
- ^ Jump up to: а б Лямичев В.И., Миркин С.М., Франк-Каменецкий М.Д. (февраль 1986 г.). «Структуры гомопурин-гомопиримидинового тракта в суперспиральной ДНК». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 3 (4): 667–9. дои : 10.1080/07391102.1986.10508454 . ПМИД 3271043 .
- ^ Jump up to: а б с д и Франк-Каменецкий, М.Д., Миркин С.М. (1995-01-01). «Триплексные структуры ДНК». Ежегодный обзор биохимии . 64 : 65–95. дои : 10.1146/annurev.bi.64.070195.000433 . ПМИД 7574496 . S2CID 21426188 .
- ^ Браздова М, Тихий В, Хельма Р, Бажантова П, Полашкова А, Крейчи А и др. (2016). «p53 специфически связывает триплексную ДНК in vitro и в клетках» . ПЛОС ОДИН . 11 (12): e0167439. Бибкод : 2016PLoSO..1167439B . дои : 10.1371/journal.pone.0167439 . ПМК 5131957 . ПМИД 27907175 .
- ^ Грэм М.К., Браун Т.Р., Миллер П.С. (апрель 2015 г.). «Нацеливание на ген рецептора андрогенов человека с помощью платинированных триплекс-образующих олигонуклеотидов». Биохимия . 54 (13): 2270–82. дои : 10.1021/bi501565n . ПМИД 25768916 .
- ^ Карбоне ГМ, Наполи С, Валентини А, Кавалли Ф, Уотсон ДК, Катапано ЦВ (3 августа 2004 г.). «Подавление экспрессии Ets2, опосредованное триплексной ДНК, приводит к ингибированию роста и апоптозу в клетках рака простаты человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 32 (14): 4358–67. дои : 10.1093/nar/gkh744 . ПМК 514370 . ПМИД 15314206 .
- ^ Шен С., Раттат Д., Бак А., Мерке Г., Полат Б., Рибберт Х. и др. (февраль 2003 г.). «Нацеливание на bcl-2 с помощью триплекс-образующего олигонуклеотида - многообещающий носитель для генной радиотерапии». Биотерапия рака и радиофармацевтические препараты . 18 (1): 17–26. дои : 10.1089/108497803321269296 . ПМИД 12667305 .
- ^ Сакамото Н., Честейн П.Д., Парневски П., Осима К., Пандольфо М., Гриффит Дж.Д., Уэллс Р.Д. (апрель 1999 г.). «Липкая ДНК: свойства самоассоциации длинных повторов GAA.TTC в триплексных структурах RRY от атаксии Фридрейха» . Молекулярная клетка . 3 (4): 465–75. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80474-8 . ПМИД 10230399 .
- ^ Баколла А., Уэллс Р.Д. (апрель 2009 г.). «Конформации ДНК, отличные от B, как детерминанты мутагенеза и болезней человека». Молекулярный канцерогенез . 48 (4): 273–85. дои : 10.1002/mc.20507 . ПМИД 19306308 . S2CID 5493647 .
- ^ Каушик Тивари М., Адаку Н., Пирт Н., Роджерс Ф.А. (сентябрь 2016 г.). «Триплексные структуры вызывают двухцепочечные разрывы ДНК посредством коллапса репликационной вилки в клетках с дефицитом NER» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (16): 7742–54. дои : 10.1093/nar/gkw515 . ПМК 5027492 . ПМИД 27298253 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Джайн А., Ван Г., Васкес К.М. (август 2008 г.). «Тройные спирали ДНК: биологические последствия и терапевтический потенциал» . Биохимия . 90 (8): 1117–30. дои : 10.1016/j.biochi.2008.02.011 . ПМК 2586808 . ПМИД 18331847 .
- ^ Jump up to: а б с д Хансен М.Е., Бентин Т., Нильсен П.Е. (июль 2009 г.). «Высокоаффинное триплексное нацеливание на двухцепочечную ДНК с использованием химически модифицированных пептидных олигомеров нуклеиновых кислот» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (13): 4498–507. дои : 10.1093/нар/gkp437 . ПМК 2715256 . ПМИД 19474349 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Риккарди А.С., Макнир Н.А., Анандалингам К.К., Зальцман В.М., Глейзер П.М. (2014). «Направленная модификация генома посредством образования тройной спирали». В Ваджапи Н. (ред.). Геномика и протеомика рака . Методы молекулярной биологии. Том. 1176. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. стр. 89–106. дои : 10.1007/978-1-4939-0992-6_8 . ISBN 978-1-4939-0991-9 . ПМК 5111905 . ПМИД 25030921 .
- ^ Jump up to: а б с д Роджерс Ф.А., Васкес К.М., Эгхольм М., Глейзер П.М. (декабрь 2002 г.). «Сайт-направленная рекомбинация через бифункциональные конъюгаты ПНК-ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (26): 16695–700. Бибкод : 2002PNAS...9916695R . дои : 10.1073/pnas.262556899 . ПМК 139206 . ПМИД 12461167 .
- ^ Монтазерсахеб С., Хиджази М.С., Нозад Чарудех Х. (ноябрь 2018 г.). «Потенциал пептидно-нуклеиновых кислот в будущих терапевтических применениях» . Расширенный фармацевтический бюллетень . 8 (4): 551–563. дои : 10.15171/apb.2018.064 . ПМК 6311635 . ПМИД 30607328 .
- ^ Фирулли AB, Майбенко, округ Колумбия, Киннибург, Эй-Джей (апрель 1994 г.). «Способность промоторного элемента c-myc образовывать триплекс предсказывает силу промотора». Архив биохимии и биофизики . 310 (1): 236–42. дои : 10.1006/abbi.1994.1162 . ПМИД 8161210 .
- ^ Зейн Р., Сан Дж.С. (май 2003 г.). «Существуют ли природные трехспиральные структуры ДНК и функционируют ли они in vivo?» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 60 (5): 862–70. дои : 10.1007/s00018-003-3046-3 . ПМЦ 11138710 . ПМИД 12827276 . S2CID 6227195 .
- ^ Като М., Симидзу Н. (октябрь 1992 г.). «Влияние потенциальной области триплексной ДНК на экспрессию in vitro гена бактериальной бета-лактамазы в суперспиральных рекомбинантных плазмидах». Журнал биохимии . 112 (4): 492–4. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123927 . ПМИД 1491004 .
- ^ Потаман В.Н., Ассери Д.В., Синден Р.Р. (июнь 1996 г.). «Формирование комбинированной структуры H-ДНК/открытого ТАТА-бокса в промоторной последовательности гена Na,K-АТФазы альфа2 человека» . Журнал биологической химии . 271 (23): 13441–7. дои : 10.1074/jbc.271.23.13441 . ПМИД 8662935 . S2CID 46550975 .
- ^ Зейдман М.М., Глейзер П.М. (август 2003 г.). «Возможность восстановления генов посредством образования тройной спирали» . Журнал клинических исследований . 112 (4): 487–94. дои : 10.1172/JCI19552 . ПМК 171401 . ПМИД 12925687 .
- ^ Рапоцци В., Когои С., Спессотто П., Риссо А., Бонора Г.М., Квадрифольо Ф., Ходо Л.Е. (январь 2002 г.). «Антигенный эффект в клетках K562 конъюгированного с ПЭГ триплекс-образующего олигонуклеотида, нацеленного на онкоген bcr/abl». Биохимия . 41 (2): 502–10. дои : 10.1021/bi011314h . ПМИД 11781088 .
- ^ Бертукат Г., Лавери Р., Прево С. (декабрь 1998 г.). «Модель образования параллельной тройной спирали с помощью RecA: одиночная ассоциация с гомологичным дуплексом через малую бороздку». Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 16 (3): 535–46. дои : 10.1080/07391102.1998.10508268 . ПМИД 10052612 .
- ^ Чэнь Дж, Тан Ц, Го С, Лу С, Ле С, Ян Дж (сентябрь 2017 г.). «Параллельная триплексная структура, образованная между растянутой одноцепочечной ДНК и гомологичной дуплексной ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (17): 10032–10041. дои : 10.1093/нар/gkx628 . ПМЦ 5622322 . ПМИД 28973442 .
- ^ Камерини-Отеро Р.Д., Се П. (апрель 1993 г.). «Параллельные триплексы ДНК, гомологичная рекомбинация и другие взаимодействия ДНК, зависящие от гомологии». Клетка . 73 (2): 217–23. дои : 10.1016/0092-8674(93)90224-е . ПМИД 8477443 . S2CID 34585948 .
- ^ Бертукат Г., Лавери Р., Прево С. (сентябрь 1999 г.). «Молекулярная модель обмена цепей, стимулируемого RecA, через параллельные трехцепочечные спирали» . Биофизический журнал . 77 (3): 1562–76. Бибкод : 1999BpJ....77.1562B . дои : 10.1016/S0006-3495(99)77004-9 . ПМК 1300444 . ПМИД 10465767 .
- ^ Ян Х., Чжоу С., Дхар А., Павлетич Н.П. (октябрь 2020 г.). «Механизм обмена цепей из синаптических структур RecA-ДНК и D-петли» . Природа . 586 (7831): 801–806. Бибкод : 2020Natur.586..801Y . дои : 10.1038/s41586-020-2820-9 . ПМК 8366275 . ПМИД 33057191 . S2CID 222349650 .
- ^ МакКинни Дж.А., Ван Дж., Мукерджи А., Кристенсен Л., Субраманиан Ш., Чжао Дж., Васкес К.М. (январь 2020 г.). «Различные пути восстановления ДНК вызывают геномную нестабильность в альтернативных структурах ДНК» . Природные коммуникации . 11 (1): 236. Бибкод : 2020NatCo..11..236M . дои : 10.1038/s41467-019-13878-9 . ПМК 6957503 . ПМИД 31932649 .
- ^ Jump up to: а б Ван Г, Васкес К.М. (июль 2014 г.). «Влияние альтернативных структур ДНК на повреждение ДНК, репарацию ДНК и генетическую нестабильность» . Восстановление ДНК . 19 : 143–51. дои : 10.1016/j.dnarep.2014.03.017 . ПМК 4216180 . ПМИД 24767258 .
- ^ Рагхаван С.К., Честейн П., Ли Дж.С., Хегде Б.Г., Хьюстон С., Ланген Р. и др. (июнь 2005 г.). «Доказательства тройной конформации ДНК в области основной точки разрыва bcl-2 транслокации t (14;18)» . Журнал биологической химии . 280 (24): 22749–60. дои : 10.1074/jbc.M502952200 . ПМИД 15840562 .
- ^ Ван Г., Васкес К.М. (сентябрь 2004 г.). «Природные последовательности, образующие H-ДНК, являются мутагенными в клетках млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (37): 13448–53. Бибкод : 2004PNAS..10113448W . дои : 10.1073/pnas.0405116101 . ПМК 518777 . ПМИД 15342911 .
- ^ Ветчер А.А., Напиерала М., Айер Р.Р., Честейн П.Д., Гриффит Дж.Д., Уэллс Р.Д. (октябрь 2002 г.). «Липкая ДНК, длинный триплекс GAA.GAA.TTC, образующийся внутримолекулярно, в последовательности интрона 1 гена фратаксина» . Журнал биологической химии . 277 (42): 39217–27. дои : 10.1074/jbc.M205209200 . ПМИД 12161437 .
- ^ Фаулер, РФ; Скиннер, DM (5 июля 1986 г.). «ДНК эукариот расходится по длинному и сложному пиримидин-пуриновому тракту, который может принимать измененные конформации». Журнал биологической химии . 38 (1–3): 145–152. ПМИД 3013872 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Ван Г, Васкес К.М. (январь 2017 г.). «Влияние репликации и транскрипции на генетическую нестабильность, связанную со структурой ДНК» . Гены . 8 (1): 17. doi : 10.3390/genes8010017 . ПМК 5295012 . ПМИД 28067787 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Чжао Дж., Ван Г., Дель Мундо И.М., МакКинни Дж.А., Лу X, Баколла А. и др. (январь 2018 г.). «Отличные механизмы индуцированной нуклеазой структуры ДНК генетической нестабильности в геномах рака» . Отчеты по ячейкам . 22 (5): 1200–1210. дои : 10.1016/j.celrep.2018.01.014 . ПМК 6011834 . ПМИД 29386108 .
- ^ Jump up to: а б с Белоцерковский Б.П., Де Сильва Э., Торналетти С., Ван Г., Васкес К.М., Ханавальт ПК (ноябрь 2007 г.). «Последовательность, образующая триплекс человеческого промотора c-MYC, препятствует транскрипции ДНК» . Журнал биологической химии . 282 (44): 32433–41. дои : 10.1074/jbc.M704618200 . ПМИД 17785457 . S2CID 24211097 .
- ^ Пандей С., Оглоблина А.М., Белоцерковский Б.П., Долинная Н.Г., Якубовская М.Г., Миркин С.М., Ханавальт ПК (август 2015 г.). «Блокировка транскрипции стабильными аналогами H-ДНК in vitro» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (14): 6994–7004. дои : 10.1093/нар/gkv622 . ПМЦ 4538819 . ПМИД 26101261 .
- ^ Jump up to: а б Дель Мундо IM, Зеваил-Фут М, Кервин С.М., Васкес К.М. (май 2017 г.). «Альтернативное формирование структуры ДНК в мутагенном промоторе c-MYC человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (8): 4929–4943. дои : 10.1093/нар/gkx100 . ПМЦ 5416782 . ПМИД 28334873 .
- ^ Jump up to: а б с Макнир Н.А., Шлейфман Э.Б., Катберт А., Брем М., Джексон А., Ченг С. и др. (июнь 2013 г.). «Системная доставка триплекс-образующей ПНК и донорской ДНК с помощью наночастиц опосредует сайт-специфическое редактирование генома гемопоэтических клеток человека in vivo» . Генная терапия . 20 (6): 658–69. дои : 10.1038/gt.2012.82 . ПМЦ 3713483 . ПМИД 23076379 .
- ^ Гнедзко Д., Черуйот С.К., Рознерс Э. (сентябрь 2014 г.). «Использование пептидных нуклеиновых кислот, образующих тройную спираль, для селективного распознавания последовательности двухцепочечной РНК» . Современные протоколы химии нуклеиновых кислот . 58 : 4.60.1–23. дои : 10.1002/0471142700.nc0460s58 . ISSN 1934-9270 . ПМЦ 4174339 . ПМИД 25199637 .
- ^ Шлейфман Э.Б., Биндра Р., Лейф Дж., дель Кампо Дж., Роджерс Ф.А., Учил П. и др. (сентябрь 2011 г.). «Направленное разрушение гена CCR5 в гемопоэтических стволовых клетках человека, стимулированное пептидно-нуклеиновыми кислотами» . Химия и биология . 18 (9): 1189–98. doi : 10.1016/j.chembiol.2011.07.010 . ПМЦ 3183429 . ПМИД 21944757 .
- ^ Jump up to: а б Макнир Н.А., Анандалингам К., Филдс Р.Дж., Капуто С., Копич С., Гупта А. и др. (апрель 2015 г.). «Наночастицы, которые доставляют молекулы нуклеиновой кислоты, образующие триплекс, корректируют CFTR F508del в эпителии дыхательных путей» . Природные коммуникации . 6 (1): 6952. Бибкод : 2015NatCo...6.6952M . дои : 10.1038/ncomms7952 . ПМЦ 4480796 . ПМИД 25914116 .
- ^ Лукач Г.Л., Веркман А.С. (февраль 2012 г.). «CFTR: сворачивание, неправильное сворачивание и исправление конформационного дефекта ΔF508» . Тенденции молекулярной медицины . 18 (2): 81–91. doi : 10.1016/j.molmed.2011.10.003 . ПМЦ 3643519 . ПМИД 22138491 .
- ^ Полинг Л., Кори Р.Б. (февраль 1953 г.). «Предлагаемая структура нуклеиновых кислот» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 39 (2): 84–97. Бибкод : 1953ПНАС...39...84П . дои : 10.1073/pnas.39.2.84 . ПМЦ 1063734 . ПМИД 16578429 .
- ^ Полинг Л., Кори Р.Б. (февраль 1953 г.). «Строение нуклеиновых кислот» . Природа . 171 (4347): 346. Бибкод : 1953Natur.171..346P . дои : 10.1038/171346a0 . ПМИД 13036888 . S2CID 4151877 .
- ^ Фрейзер Р.Д. (март 2004 г.). «Строение нуклеиновой кислоты дезоксирибозы» . Журнал структурной биологии . 145 (3): 184–5. дои : 10.1016/j.jsb.2004.01.001 . ПМИД 14997898 .
- ^ Jump up to: а б с Фельзенфельд Г., Дэвис Д.Р., Рич А. (апрель 1957 г.). «Образование трехцепочечной полинуклеотидной молекулы». Журнал Американского химического общества . 79 (8): 2023–4. дои : 10.1021/ja01565a074 .
- ^ Хэнви Дж. К., Симидзу М., Уэллс Р. Д. (сентябрь 1988 г.). «Внутримолекулярные триплексы ДНК в суперспиральных плазмидах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (17): 6292–6. Бибкод : 1988PNAS...85.6292H . дои : 10.1073/pnas.85.17.6292 . ПМК 281955 . ПМИД 3413097 .
- ^ Миркин С.М., Лямичев В.И., Друшляк К.Н., Добрынин В.Н., Филиппов С.А., Франк-Каменецкий М.Д. (декабрь 1987 г.). «Н-форма ДНК требует зеркального повтора гомопурин-гомопиримидина». Природа . 330 (6147): 495–7. Бибкод : 1987Natur.330..495M . дои : 10.1038/330495a0 . ПМИД 2825028 . S2CID 4360764 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Рич А. (декабрь 1993 г.). «ДНК существует во многих формах». Джин . 135 (1–2): 99–109. дои : 10.1016/0378-1119(93)90054-7 . ПМИД 8276285 .
- Сойфер В.Н., Потаман В.Н. (1995). Трехспиральные нуклеиновые кислоты . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-0-387-94495-1 .
- Миллс М., Аримондо П.Б., Лакруа Л., Гарестье Т., Элен С., Кламп Х., Мергни Дж.Л. (сентябрь 1999 г.). «Энергетика реакций смещения цепи в тройных спиралях: спектроскопическое исследование». Журнал молекулярной биологии . 291 (5): 1035–54. дои : 10.1006/jmbi.1999.3014 . ПМИД 10518941 .
- Уотсон Дж. Д., Крик Ф. Х. (апрель 1953 г.). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот; структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы». Природа . 171 (4356): 737–8. Бибкод : 1953Natur.171..737W . дои : 10.1038/171737a0 . ПМИД 13054692 . S2CID 4253007 .