Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) ze względu na swoją rolę głównego nośnika informacji genetycznej jest bardzo istotnym elementem każdej żywej komórki. Od pewnego czasu wiadomo, że oprócz struktury klasycznej podwójnej helisy, DNA ma także możliwość formowania innych ciekawych struktur drugorzędowych spełniających określone funkcje biologiczne.
Analogicznie jak w przypadku białek, sposób zwinięcia nici DNA może zależeć od sekwencji. W licznych eksperymentach pokazano, że również zmiana wielu warunków otoczenia, takich jak: temperatura, ciśnienie, stłoczenie molekularne, pH lub stężenia soli w roztworze, może przesuwać równowagę między stanem zwiniętym i rozwiniętym oraz różnymi konformacjami zwiniętymi.
Jedną z niekanonicznych struktur drugorzędowych tworzonych przez DNA są tzw. G-kwadrupleksy. Są to aktywne biologicznie struktury występujące w genomowym DNA metabolizujących komórek. Ze względu na nie do końca ustaloną funkcję biologiczną, G-kwadrupleksów są obecnie przedmiotem wielu badań, w tym jako potencjalne cele komórkowe dla terapii nowotworowych. Takie zastosowanie wynika z zaangażowania G-kwadrupleksów w regulację replikacji i transkrypcji oraz utrzymanie stabilności genomu. Stwierdzono, że około 10 % G-kwadrupleksów obecnych w komórce tworzy się w obrębie bogatego w guaniny jednoniciowego 3'-naddatku występującego na końcach liniowych chromosomów (a więc w obrębie tzw. telomerów).
Wspólnym motywem strukturalnym wszystkich G-kwadrupleksów (G4-DNA) jest rdzeń złożony z kilku płaszczyzn guaninowych ułożonych jedna na drugiej. Każda z tych płaszczyzn utworzona jest z czterech reszt guaniny połączonych ze sobą wiązaniami wodorowymi (parowanie typu Hoogsteena). W jednoniciowym wariancie G4-DNA płaszczyzny guaninowe utrzymywane są w konkretym ułożeniu względem siebie przez pozostałe krótkie fragmenty nici DNA, tworzące tzw. pętle o różnej topologii. Taka budowa strukturalna G-kwadrupleksów w dużym stopniu ogranicza populację sekwencji mogących formować G4-DNA, do motywu GnXGnXGnXGn, gdzie n oznacza liczbę płaszczyzn guaninowych, natomiast X to w zasadzie dowolne sekwencje zasad azotowych formujące pętle (na ogół nie dłuższe niż 3–4 zasady). Stwierdzono, że dla zapewnienia stabilności G-kwadrupleksów niezbędne są jednowartościowe jony metali lokujące się m.in. w przestrzeniach pomiędzy płaszczyznami guaninowymi.
Badania prowadzone przez nasz zespół mają na celu zrozumienie molekularnych determinantów stabilności G-kwadrupleksów w warunkach fizjologicznych. Podjęte działania mają doprowadzić do ustalenia sił napędzających proces formowania różnych konformacji G-kwadrupleksów, a w szczególności do wyznaczenia roli poszczególnych elementów strukturalnych DNA oraz jonów i rozpuszczalnika w tych procesach. Badania te wpisują się zatem w szerszy program prac mających na celu zrozumienie mikroskopowego podłoża mechanizmów i termodynamiki przejść konformacyjnych DNA pomiędzy różnymi formami o znaczeniu biologicznym, co jest niezbędne dla zewnętrznej kontroli tych procesów, np. za pośrednictwem odpowiednio zaprojektowanych cząsteczek chemicznych.
Kliknij, aby odtworzyć:
