I-motifli DNA - I-motif DNA

i-motif DNA, olarak da adlandırılır i-DNA, alışılmadık bir yapı türüdür deoksiribonükleik asit, ilk olarak 1993 yılında Maurice Guéron ve meslektaşları Ecole Polytechnique, Fransa,[1] ve sonra keşfedildi hücre çekirdekleri 2018 yılında. aralıklı motif, dört telli i-motif, ikonik çift ​​sarmal DNA.[2] I-motifler, dört sarmallı dörtlü yapılardır. sitozin -zengin DNA, benzer G-dörtlü guanin açısından zengin DNA oluşturan yapılar. C bakımından zengin DNA bölgeleri, genomun gen düzenleme kısımlarında yaygındır.[3] Son zamanlarda, insan hücrelerinde i-motifler keşfedildi ve hücre çoğalmasında rol oynadığı gösterildi.[4] I motiflerinin potansiyel uygulamaları vardır nanoteknoloji ve nanotıp çünkü boyut 1 nm'den büyük ve benzersiz olmaları nedeniyle 100 nm'den az pH hassasiyet ve olarak kullanılmıştır Biyosensörler, Nanomakineler, ve moleküler anahtarlar.[3]

Tarih

İ-motif DNA'sı ilk olarak 1993 yılında Maurice Guéron ve École Polytechnique, Fransa'daki meslektaşları tarafından bulundu.[1] ama 2018'e kadar sadece şahit olmuştu laboratuvar ortamında, canlı hücrelerde değil.[5] 2018'de açıklanan en son keşif, Garvan Tıbbi Araştırma Enstitüsü ve Yeni Güney Galler Üniversitesi tarafından finanse edildi Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Konseyi ve Avustralya Araştırma Konseyi. Araştırma ekibinin eş liderleri A / Prof Daniel Christ ve Profesör Marcel Dinger idi.[2]

Keşif

Garvan Enstitüsü'nden Dr.Mehdi Zeraati, i-motifinin hücre içinde ortaya çıkması ve kaybolması ve baz çifti harflerinden ziyade sitozinler yoluyla ayırt edici bağlantıları nedeniyle keşfedildiğini söylüyor. Araştırma ekibi, "çok yüksek afiniteyle" i-motiflerini özel olarak tanıyabilen ve bunlara bağlanabilen i-motifini (bir antikor molekülünün bir parçası) bulmak için hassas ve yeni bir araç geliştirdi.[2]

Yapısı

Kuadruplekste sitozin bazlarını gösteren RNA i-motif yapısı. PDB: 1I9K​[6]
C · C+ i-motif yapılarında bulunan baz eşleştirmesi.[7] Baz eşleştirme enerjisi = 169,7 kJ / mol.[3]

G-quadruplex DNA yapıları G açısından zengin bölgelerde var DNA. Tamamlayıcı sitozin açısından zengin DNA zinciri, i-motif adı verilen dört sarmallı dörtlü bir yapı da oluşturabilir. İ-motif yapısındaki sitozin baz çiftleri bir eklemeli ve paralellik karşıtı tetramer yapı.[8] Bu yapı, Watson olmayan Crick temel eşleştirmesi C · C ile oluşturulmuştur+ etkileşimleri sitozin baz çiftleri.[8] C · C+ bağ bir tür Hoogsteen baz eşleştirmesi ve aslında gelenekselden daha güçlü baz çifti etkileşimlerine ve baz eşleştirme enerjisine sahiptir. Watson Crick G · C baz eşleştirme: 169,7 kJ / mol, C · C için+ baz eşleştirme ve G · C baz eşleştirme için 96,6 kJ / mol.[8] C · C+ tahvil üç hidrojen bağları: iki tanesi aminlerin hidrojeni ile zıt sitozinin çift bağlı oksijenleri arasında ve biri N'ye bağlı nitrojen ve hidrojen arasında+.[9] Bu baz çiftleri iki DNA döngüsünü çapraz bağlar.[9] C · C'ye katılan sitozindeki nitrojenlerin hemi protonlanmış doğası göz önüne alındığında+ bağlanma, bu baz çifti geleneksel olarak pH = 5–6 aralığında en stabildir, fizyolojik pH'dan (7.3) önemli ölçüde daha düşüktür.[10] Bununla birlikte, son çalışmalar, oda sıcaklığında nötre yakın pH'ta i-motif yapılarının kanıtlarını bulmuştur.[11] Wright vd. Sekanstaki sitozin sayısının, negatif süperhellisitede olduğu gibi, C bakımından zengin bir sekansın fizyolojik pH'ta bir i-motif yapısı oluşturup oluşturmayacağını belirlediğini keşfetti.[12] ve moleküler kalabalık.[11][13] Oda sıcaklığında nükleotid yolları, nötre yakın pH'ta i-motiflerine katlanmak için en az 5 sitozin uzunluğunda olmalıdır; ek sitozinler termal stabiliteyi artırır.[11][14] Ayrıca, intramoleküler i-motifli iplikler, DNA zincirinde en az 6 ardışık sitozin bazı olduğunda en kararlıdır ve bir iplikçikte 6 ardışık sitozin, moleküller arası C · C'yi destekler.+ eşleşmeler.[10] İ-motif yapısının bu pH-bağımlılığının, hücre içindeki in vivo aktivitesi ve işlevi için kritik olduğu düşünülmektedir, çünkü pH'ın i-motif oluşumu ve yıkımı için kullanılan kontrol mekanizması olduğu düşünülmektedir.[14]

Biyolojik fonksiyon

I-motiflerinin, hücrede gen regülasyonu ve ekspresyonunda bir rol oynadığı varsayılmaktadır.[15] G / C açısından zengin DNA'nın geniş yolları, genomdaki transkripsiyonel başlangıç ​​bölgelerinin yakınında bulunur ve çok çeşitli organizma genomlarında bulunur, bu da C açısından zengin yolların biyolojik bir işlevi olduğunu düşündürür.[16] Dahası, gen ekspresyonu için temel olan birçok protein ve ligand, Poli-C-bağlayıcı protein (PCBP ) ve heterojen nükleer ribonükleoprotein K (HNRPK ).[16] Yakın zamana kadar, fizyolojik pH'ta düşük stabiliteleri nedeniyle DNA'da I motiflerinin doğal olarak var olup olmadığı açık değildi;[16] i-motifler 2018 yılında insan DNA'sında in vivo keşfedildi.[17] İnsan telomerik DNA'sı (hTelo), in vitro olarak bir i-motifli ikincil yapı oluşturabilir.[18] Zeraati vd. iMab adı verilen bir floresan işaretleyici kullanarak insan DNA'sında i-motif hTelo'nun varlığını doğruladı.[17] Ayrıca, i-motif hTelo içinde bulundu düzenleyici bölgeler geç genomun G1 fazı of hücre üreme döngüsü i-motiflerin dahil olduğunu gösterir gen tanıtımı ve düzenleme.[17] I-motifler ayrıca yardımcı olmak için moleküler yapı iskelesi görevi görebilir. transkripsiyon faktörü sırasında bağlama gen transkripsiyonu gibi destekleyicilere yardım ederek BCL2 doğru DNA dizisine bağlanmada.[17][19] Artan i-motif ifadesi, artan G-dörtlü bunun yerine, S fazı.[17] Bu, G-dörtlü ve i-motiflerinin, tamamlayıcı dizilerine rağmen tamamlayıcı yapılar olmadığını ve bunun yerine karşılıklı olarak dışlayıcı olduklarını ve gen ekspresyon düzenlemesinde zıt rollere hizmet ettiklerini gösterir.[17]

Başvurular

I motifleri, fizyolojik pH değerine yakın asitlikteki değişikliklere karşı benzersiz duyarlılıkları nedeniyle özellikle yararlıdır. Bir çalışma Bonn Üniversitesi bir DNA halkasını sıkmak ve gevşetmek için I-motifli katlama kullandı. C bakımından zengin DNA'nın belirli bölgeleri ile dairesel bir DNA halkası sentezlendi.[20] 5 pH değerinde, bu bölgeler i-motifleri oluşturmak üzere büzüldü ve halkayı bir çöp torbasını kapatmaya benzer bir şekilde sıktı. 8 pH değerinde I-motifli bölgeler, halkayı gevşeterek doğrusal formlarına geri çöktü. PH'a bağlı olarak sıkılaşan ve gevşeyen DNA halkaları, birbirine kenetlenen DNA'nın daha karmaşık yapılarını oluşturmak için kullanılabilir. katenanlar ve rotaksanlar.[20] Bu DNA yapıları şu şekilde işlev görebilir: moleküler anahtarlar. Başka bir çalışma gösterdi ki tek duvarlı karbon nanotüpler Genellikle vücutta ilaç taşımak için kullanılan (SWNT'ler), insan telomerik DNA'sında I-motif oluşumunu indükler.[21] 3 ′ uca bir redoks aktif metilen mavisi grubu ve 5 uca bir elektrot ekleyerek değiştirilmiş C bakımından zengin insan telomerik DNA'sını araştırır. I motifli konformasyonda, bu modifiye edilmiş DNA ipliği, Faradaik akım. Bu biyosensör yalnızca SWNT'lere tepki vererek, araştırmacıların 0,2 ppm'lik doğrudan tespit limiti ile belirli bir karbon nanotüpü tespit etmesine olanak tanır.[21]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b Gehring, Kalle; Leroy, Jean-Louis; Guéron, Maurice. "Protonlanmış sitozin-sitozin baz çiftlerine sahip tetramerik bir DNA yapısı". Doğa. 363: 561–565. doi:10.1038 / 363561a0.
  2. ^ a b c Basın açıklaması: "Bulunan: Hücrelerimizde yeni bir DNA formu."
  3. ^ a b c Benabou, S .; Aviñó, A .; Eritja, R .; González, C .; Gargallo, R. (2014). "Nükleik asit i-motif yapılarının temel yönleri" (PDF). RSC Adv. 4 (51): 26956–26980. doi:10.1039 / c4ra02129k. ISSN  2046-2069.
  4. ^ Zeraati, Mehdi; Langley, David B .; Schofield, Peter; Moye, Aaron L .; Rouet, Romain; Hughes, William E .; Bryan, Tracy M .; Dinger, Marcel E .; Mesih, Daniel (23 Nisan 2018). "İnsan hücrelerinin çekirdeklerinde I-motifli DNA yapıları oluşur". Doğa Kimyası. 10 (6): 631–637. doi:10.1038 / s41557-018-0046-3. ISSN  1755-4330. PMID  29686376.
  5. ^ "Bilim İnsanları İnsan Hücrelerinin İçinde Yeni Bir DNA Yapısını Onayladı", Peter Dockrill'in makalesi 23 Nisan 2018 [1]
  6. ^ Snoussi, K .; Nonin-Lecomte, S .; Lerou, J.L. (30 Mayıs 2001). "RNA I-MOTIF". doi:10.2210 / pdb1i9k / pdb. Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  7. ^ Gurung, Sarah P .; Schwarz, Christine; Hall, James P .; Cardin, Christine J .; Mangal, John A. (2015). "İ-motifli yapıların kararlılığında döngü uzunluğunun önemi". Kimyasal İletişim. 51 (26): 5630–5632. doi:10.1039 / c4cc07279k. ISSN  1359-7345. PMC  4384421. PMID  25686374.
  8. ^ a b c Benabou, S .; Aviñó, A .; Eritja, R .; González, C .; Gargallo, R. (2014). "Nükleik asit i-motif yapılarının temel yönleri" (PDF). RSC Adv. 4 (51): 26956–26980. doi:10.1039 / c4ra02129k. ISSN  2046-2069.
  9. ^ a b Zhang, Xi Yuan; Luo, Hong Qun; Li, Nian Bing (15 Haziran 2014). "Tersine çevrilebilir ve etiketsiz pH güdümlü elektrokimyasal anahtar için i-motifli yapı probu olarak kristal mor". Analitik Biyokimya. 455: 55–59. doi:10.1016 / j.ab.2014.03.015. ISSN  0003-2697. PMID  24699211.
  10. ^ a b Li, Tao; Famulok, Michael (22 Ocak 2013). "DNA Nanokürelerinin I-Motif Programlı İşlevselleştirilmesi". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 135 (4): 1593–1599. doi:10.1021 / ja3118224. ISSN  0002-7863. PMID  23312021.
  11. ^ a b c Wright, Elisé P .; Huppert, Julian L .; Waller, Zoë A. E. (9 Şubat 2017). "Nötr pH'ta i-motif yapıları oluşturan çoklu genomik DNA dizilerinin tanımlanması". Nükleik Asit Araştırması. 45 (6): 2951–2959. doi:10.1093 / nar / gkx090. ISSN  0305-1048. PMC  5605235. PMID  28180276.
  12. ^ Sun, Daekyu; Hurley, Laurence H. (14 Mayıs 2009). "C-Myc Promoter'da G-Quadruplex ve i-Motif Yapılarının Oluşumunu Teşvik Etmede Negatif Süperhelisitenin Önemi: İlaç Hedeflemesi ve Gen İfadesinin Kontrolü için Çıkarımlar". Tıbbi Kimya Dergisi. 52 (9): 2863–2874. doi:10.1021 / jm900055s. ISSN  0022-2623. PMC  2757002. PMID  19385599.
  13. ^ Cui, Jingjing; Waltman, Phillip; Le, Vu; Lewis, Edwin (15 Ekim 2013). "Moleküler Kalabalığın Nötr pH'ta İnsan c-MYC Promoter Dizisi I-Motifinin Stabilitesi Üzerindeki Etkisi". Moleküller. 18 (10): 12751–12767. doi:10.3390 / molecules181012751. ISSN  1420-3049. PMC  6270392. PMID  24132198.
  14. ^ a b Zeraati, Mehdi; Langley, David B .; Schofield, Peter; Moye, Aaron L .; Rouet, Romain; Hughes, William E .; Bryan, Tracy M .; Dinger, Marcel E .; Mesih, Daniel (23 Nisan 2018). "İnsan hücrelerinin çekirdeklerinde I-motifli DNA yapıları oluşur". Doğa Kimyası. 10 (6): 631–637. doi:10.1038 / s41557-018-0046-3. ISSN  1755-4330. PMID  29686376.
  15. ^ Wright, Elisé P .; Huppert, Julian L .; Waller, Zoë A. E. (9 Şubat 2017). "Nötr pH'ta i-motif yapıları oluşturan çoklu genomik DNA dizilerinin tanımlanması". Nükleik Asit Araştırması. 45 (6): 2951–2959. doi:10.1093 / nar / gkx090. ISSN  0305-1048. PMC  5605235. PMID  28180276.
  16. ^ a b c Benabou, S .; Aviñó, A .; Eritja, R .; González, C .; Gargallo, R. (2014). "Nükleik asit i-motif yapılarının temel yönleri" (PDF). RSC Adv. 4 (51): 26956–26980. doi:10.1039 / c4ra02129k. ISSN  2046-2069.
  17. ^ a b c d e f Zeraati, Mehdi; Langley, David B .; Schofield, Peter; Moye, Aaron L .; Rouet, Romain; Hughes, William E .; Bryan, Tracy M .; Dinger, Marcel E .; Mesih, Daniel (23 Nisan 2018). "İnsan hücrelerinin çekirdeklerinde I-motifli DNA yapıları oluşur". Doğa Kimyası. 10 (6): 631–637. doi:10.1038 / s41557-018-0046-3. ISSN  1755-4330. PMID  29686376.
  18. ^ Manzini, G .; Yathindra, N .; Xodo, L. E. (11 Kasım 1994). "Biyolojik olarak ilgili CCC-tekrar dizilerinde molekül içi katlanmış i-DNA yapıları için kanıt". Nükleik Asit Araştırması. 22 (22): 4634–4640. doi:10.1093 / nar / 22.22.4634. ISSN  0305-1048. PMC  308511. PMID  7984411.
  19. ^ Kang, Hyun-Jin; Kendrick, Samantha; Hecht, Sidney M .; Hurley, Laurence H. (7 Mart 2014). "BCL2 i-Motif ve hnRNP LL Arasındaki Transkripsiyon Kompleksi, Küçük Moleküller Tarafından Modüle Edilebilen Gen İfadesinin Kontrolü için Moleküler Bir Anahtardır". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 136 (11): 4172–4185. doi:10.1021 / ja4109352. ISSN  0002-7863. PMC  3985447. PMID  24559432.
  20. ^ a b Li, Tao; Famulok, Michael (22 Ocak 2013). "DNA Nanokürelerinin I-Motif Programlı İşlevselleştirilmesi". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 135 (4): 1593–1599. doi:10.1021 / ja3118224. ISSN  0002-7863. PMID  23312021.
  21. ^ a b Peng, Yinghua; Wang, Xiaohui; Xiao, Yi; Feng, Lingyan; Zhao, Chao; Ren, Jinsong; Qu, Xiaogang (30 Eylül 2009). "Tek ve Çok Duvarlı Karbon Nanotüpleri Ayırt Etmek için i-Motif Quadruplex DNA Tabanlı Biyosensör". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 131 (38): 13813–13818. doi:10.1021 / ja9051763. ISSN  0002-7863. PMID  19736925.