テロメアのg-quadruplexおよびテロメラーゼ伸長に対するグアニン塩基損傷と変異の位置依存的効果

テロメアは、グアニン含有量が多いため、変異原性酸化およびメチル化ベースの損傷のホットスポットです。単一分子蛍光共鳴エネルギー移動検出と生化学的アッセイを使用して、異なる位置とタイプのグアニン損傷と変異がテロメアのGカドルペックス構造とテロメラーゼ活性をどのように変えるかを決定しました。テロメアGの3 '3末端グアニン位置で、8-オキソグアニン（8オキソグ）、O-6-メチルグアニン（O6mg）、および3つの可能なポイント変異（gからa、t、およびc）を含む15の修飾を比較しました。-Quadruplex、これはテロメラーゼの重要なアクセスポイントです。g-quadruplex構造不安定性は、c <t <t <a≤8oxog<o6mgで誘導され、O6mgによって引き起こされる摂動が他の基本変化によって引き起こされる摂動をはるかに超えていることがわかりました。すべての基本修正について、中央Gの位置は、3つの末端グアニンの中で最も不安定でした。8oxogとO6MGによる構造的破壊は、テロメラーゼ結合および伸長活性の付随的な増加をもたらしましたが、テロメラのオーバーハングとテロメラーゼRNAテンプレートの間のアニーリングが破壊されたため、ポイント変異による構造摂動（a、t、およびc）はそうではありませんでした。末端グアニンから離れた同じ変異を再配置すると、G四重鎖の構造不安定性とテロメラーゼ活性の上昇の両方が発生しました。私たちの調査結果は、単一塩基の変更が構造の変化とテロメアの延長を位置に依存する方法でどのように促進するかを示しています。さらに、我々の結果は、テロメアの延長につながる可能性のあるテロメアDNA損傷の長期的かつ遺伝性効果を示唆しています。

Telomeres are hot spots for mutagenic oxidative and methylation base damage due to their high guanine content. We used single-molecule fluorescence resonance energy transfer detection and biochemical assays to determine how different positions and types of guanine damage and mutations alter telomeric G-quadruplex structure and telomerase activity. We compared 15 modifications, including 8-oxoguanine (8oxoG), O-6-methylguanine (O6mG), and all three possible point mutations (G to A, T, and C) at the 3' three terminal guanine positions of a telomeric G-quadruplex, which is the critical access point for telomerase. We found that G-quadruplex structural instability was induced in the order C < T < A ≤ 8oxoG < O6mG, with the perturbation caused by O6mG far exceeding the perturbation caused by other base alterations. For all base modifications, the central G position was the most destabilizing among the three terminal guanines. While the structural disruption by 8oxoG and O6mG led to concomitant increases in telomerase binding and extension activity, the structural perturbation by point mutations (A, T, and C) did not, due to disrupted annealing between the telomeric overhang and the telomerase RNA template. Repositioning the same mutations away from the terminal guanines caused both G-quadruplex structural instability and elevated telomerase activity. Our findings demonstrate how a single-base modification drives structural alterations and telomere lengthening in a position-dependent manner. Furthermore, our results suggest a long-term and inheritable effect of telomeric DNA damage that can lead to telomere lengthening, which potentially contributes to oncogenesis.