ヒトのテロメア配列は、カリウム溶液中の平行/逆平行鎖を混合したハイブリッド型分子内G-quadruplex構造を形成します。

ヒトテロメアDNAは、シーケンスD（TTAGGG）のタンデムリピートで構成されています。ヒトのテロメア配列におけるDNA g-quadruplexの形成と安定化は、テロメラーゼの活性を阻害することが示されているため、テロメアDNA Gカドルプレックスは癌治療介入の魅力的な標的と見なされています。ただし、生理学的条件下で形成された無傷のヒトテロメアG四重鎖構造の知識は、構造ベースの合理的な薬物設計の前提条件です。ここでは、NMRによって決定されたK+溶液のヒトテロメア配列の折り畳み構造を報告します。我々の結果は、ハイブリッド型の平行/反平行G鎖を伴う、前例のない前例のないG-quadruplex折りたたみ式トポロジーを示しています。このテロメアGカドラプレックス構造には、混合Gアレンジメントを備えた3つのGテトラドが含まれています。これは、それぞれ3つのヌクレオチドTTAで構成される二重鎖反転側ループと2つの横方向ループと連続して接続されています。K+溶液で形成されたこの分子内ハイブリッド型テロメアGカドルプレックス構造は、K+の存在下で22 NT TEL22および結晶状態で報告されているものとは異なり、拡張された26 ntテロメアの主要な立体構造であると思われます。Na+の有無に関係なく、K+の存在下でのシーケンスTel26。さらに、K+の添加は、Na+-Formの立体構造をK+-Formハイブリッド型G四重鎖に容易に変換します。我々の結果は、K+の存在下で形成されたヒトのテロメアg四重鎖に関する報告されたすべての実験データを説明し、ヒトのテロマーシーケンス内で形成されたさまざまなg四重鎖構造の多型と相互変換を理解するための重要な洞察を提供します。シーケンスとカチオンの。このハイブリッド型g-quadruplexトポロジーは、拡張されたヒトテロメアDNA内の効果的な梱包を伴う二次構造形成の簡単な経路を示唆しています。ハイブリッドタイプのテロメアGカドルプレックスは薬理学的関連性が高い可能性が最も高く、このG-quadruplexの明確な折りたたみトポロジーは、G-Quadruplex Interactive Small Molecule薬によって特異的に標的とできることを示唆しています。

Human telomeric DNA consists of tandem repeats of the sequence d(TTAGGG). The formation and stabilization of DNA G-quadruplexes in the human telomeric sequence have been shown to inhibit the activity of telomerase, thus the telomeric DNA G-quadruplex has been considered as an attractive target for cancer therapeutic intervention. However, knowledge of the intact human telomeric G-quadruplex structure(s) formed under physiological conditions is a prerequisite for structure-based rational drug design. Here we report the folding structure of the human telomeric sequence in K+ solution determined by NMR. Our results demonstrate a novel, unprecedented intramolecular G-quadruplex folding topology with hybrid-type mixed parallel/antiparallel G-strands. This telomeric G-quadruplex structure contains three G-tetrads with mixed G-arrangements, which are connected consecutively with a double-chain-reversal side loop and two lateral loops, each consisting of three nucleotides TTA. This intramolecular hybrid-type telomeric G-quadruplex structure formed in K+ solution is distinct from those reported on the 22 nt Tel22 in Na+ solution and in crystalline state in the presence of K+, and appears to be the predominant conformation for the extended 26 nt telomeric sequence Tel26 in the presence of K+, regardless of the presence or absence of Na+. Furthermore, the addition of K+ readily converts the Na+-form conformation to the K+-form hybrid-type G-quadruplex. Our results explain all the reported experimental data on the human telomeric G-quadruplexes formed in the presence of K+, and provide important insights for understanding the polymorphism and interconversion of various G-quadruplex structures formed within the human telomeric sequence, as well as the effects of sequence and cations. This hybrid-type G-quadruplex topology suggests a straightforward pathway for the secondary structure formation with effective packing within the extended human telomeric DNA. The hybrid-type telomeric G-quadruplex is most likely to be of pharmacological relevance, and the distinct folding topology of this G-quadruplex suggests that it can be specifically targeted by G-quadruplex interactive small molecule drugs.