В данном практикуме будет рассмотрен такой известный сигнал генома как G-квадруплекс.
G-квадруплексы (G4) - это вторичные структуры нуклеиновых кислот, обогащенные гуанином. Они имеют спиральную форму и содержат от 2-х и более гуаниновых тетрад, или гуаниновых квартетов, имеющих плоскую структуру. Каждый G-квартет скреплен восемью водородными связями, образованными взаимодействием Уотсон-Криковской стороны одного гуанинового основания с Хугстиновской стороной другого. Структура G-квадруплекса дополнительно стабилизируется присутствием моновалентного катиона (чаще всего калием), который находится в центральном канале между каждой парой тетрад.
G-квадруплексы можно встретить в промоторных регионах, в интронах, в теломерах и т.д. Для последних G-квадруплексы хороши тем, что позволяют защищать хромосомные концы от нежелательных повреждений в результате рекомбинации или воздействия нуклеаз. Также G-квадруплексы могут присутствовать в 5'-нетранслируемых областях мРНК [1].
Судя по множеству различных статей, касающихся функций G-квадруплексов, они играют важную роль в геноме, но пока рассмотрены не все аспекта влияния G-квадруплексов на различные процессы в клетках, что представляет собой широкий плацдарм для изучения функций G-квадруплексы. В связи с этим приведу интересные, на мой взгяд, исследования в этой области.
Как было сказано ранее, G-квадруплексы встречаются в промоторных областях, тем самым могут влиять на экспрессию генов. К белкам, гены которых могут регулироваться подобным образом, относятся, например, фактор транскрипции протоонкогеного белка MYC [2], нарушение которого часто бывает связано с лимфомой Беркитта [3], фактор роста эндотелия сосудов [4] и др.
Также гуаниновые основания в G-квадруплексе имеют самый низкий окислительно-восстановительный потенциал, что делает их более восприимчивыми к образованию 8-оксогуанина (8-oxoG), но концентрация 8-оксо-2-дезоксигуанозина (8-оксо-dG) является известным биомаркером окислительного стресса в клетке, а чрезмерное количество окислительного стресса связано с канцерогенезом и другими заболеваниями [5], то есть G-квадруплексы могут быть связаны таким образом с окислительным стрессом в клетке.
Нашла 2 сервиса для поиск G-квадруплексов: QGRS Mapper и G4Atlas - но последний, как я поняла, предназначен только для РНК G-квадруплексов, то есть направлен на изучение посттранскрипционной регуляции экспрессии генов, связанной с G-квадруплексами, в то время, как первый сервис может искать G-квадруплексы не только в РНК, но и ДНК (и если честно, он интуитивно понятнее, чем G4Atlas). В связи с тем, что QGRS Mapper может анализировать и ДНК, и РНК, остановимся на нём.
Чтобы проанализовать необходимую нуклеотидную последовательность, нажимаем кнопку "Analyze Your Gene/Sequence".
Также помимо ввода нуклеотидной последовательности можно ввести ID гена из базы данных NCBI, или название гена (то есть его аббревиатуру), или номер доступа к нуклеотидной последовательности из NCBI (смотри внизу на Рис. 4.).
Ввела последовательность с G-квадруплексом (PDB ID: 2HY9), на которую наткнулась, пока писала этот отчёт.
Над введённой последовательностью отображается её длина, число найденных G-квадруплексов с наибольшим G-Score* и без пересечения и число всех возможных G-квадруплексов и уже с пересечениями (последние можно посмотреть в разделе Data View (with overlaps)).
*G-Score - это специальный показатель в QGRS Mapper, который оценивает вероятность формирования стабильной G-квадруплексной структуры в нуклеотидной последовательности. Чем выше значение, тем вероятнее формирование G-квадруплекса.
1. Kumari S., Bugaut A., Huppert J. L., Balasubramanian S. An RNA G-quadruplex in the 5' UTR of the NRAS proto-oncogene modulates translation. // Nature chemical biology. 2007. Vol. 3, no. 4. P. 218-221. doi:10.1038/nchembio864.
2. Yang D., Hurley L. H. Structure of the biologically relevant G-quadruplex in the c-MYC promoter. // Nucleosides, nucleotides & nucleic acids. 2006. Vol. 25, no. 8. P. 951-968. doi:10.1080/15257770600809913.
3. Spender L. C., Inman G. J. Developments in Burkitt's lymphoma: novel cooperations in oncogenic MYC signaling. // Cancer management and research. 2014. Vol. 6. P. 27-38. doi:10.2147/CMAR.S37745.
4. Sun D., Liu W. J., Guo K., Rusche J. J., Ebbinghaus S., Gokhale V., Hurley L. H. The proximal promoter region of the human vascular endothelial growth factor gene has a G-quadruplex structure that can be targeted by G-quadruplex-interactive agents. // Molecular cancer therapeutics. 2008. Vol. 7, no. 4. P. 880-889. doi:10.1158/1535-7163.MCT-07-2119.
5. Fleming A.M., Burrows C.J. 8-Oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine and abasic site tandem lesions are oxidation prone yielding hydantoin products that strongly destabilize duplex DNA // Organic & Biomolecular Chemistry. 2017 15 (39): 8341-8353. doi:10.1039/C7OB02096A.