テロメアDNA四重鎖におけるイノシン置換の構造効果

（TTAGGG）nのグアニンに富む反復的な配列を含む真核生物染色体の遠位領域であるテロメアDNAは、特にg-quadruplexes（G4S）を採用することが示されています。以前の研究では、染色体の維持による腫瘍阻害におけるG4の意味と、Gリッチプロモーター領域を特徴とする癌遺伝子発現の操作が実証されています。高次構造に加えて、いくつかの規制役割はDNAエピジェネティックマーカーに起因しています。この作業では、テロメア配列によって形成されるg quadruplexの構造的ダイナミクスが、一般的な修飾ヌクレオチドであるイノシンの影響をどのように受けているかを調査しました。各G位置でイノシンに変異したグアノシンで標準（TTAGGG）Nテロメアリピートを使用しました。シーケンス（GGG）4、（IGG）4、（gig）4、（GGI）4、（IGI）4、（IIG）4、（GII）4、および（III）4、TTAリンカーによって橋渡しされ、使用されています。生物物理学的実験と分子モデリング。四重鎖折りたたみにおける金属陽イオンの効果は、CDおよびUV溶融研究を使用したNa+およびK+含有バッファーの両方で調査されました。我々の結果は、Na+およびK+を含むバッファーの両方で、ネイティブシーケンス（GGG）4および端子修飾DNA（IgG）4および（GGI）4を備えた逆平行四重鎖トポロジーが形成されることを示しています。具体的には、K+バッファーの（GGG）4で四重鎖ハイブリッドが観察されました。他の変更されたシーケンスの中で、（gig）4、（Igi）4、および（gii）4は並列機能を示しますが、（iig）4および（iii）4は、Na+またはK+の存在下で検出可能な立体構造を示しません。我々の研究は、末端病変（IgG）4および（GGI）4が特定の未知の立体構造を誘導する可能性があることを示しています。折りたたみダイナミクスは、両方のバッファーイオンで（IGI）4を除き、複数のイノシン置換が存在する場合に検出できません。さらに、UV融解とCDの融解研究の両方が、ほとんどの場合、K+陽イオンがNa+と比較してより熱力学的安定性をより多く供給することを暗示しています。集合的に、我々の立体構造研究により、異なるイオン条件における位置に依存するG-to-I変異を伴うG4の多様な構造多型が明らかになりました。

The telomeric DNA, a distal region of eukaryotic chromosome containing guanine-rich repetitive sequence of (TTAGGG)n, has been shown to adopt higher-order structures, specifically G-quadruplexes (G4s). Previous studies have demonstrated the implication of G4 in tumor inhibition through chromosome maintenance and manipulation of oncogene expression featuring their G-rich promoter regions. Besides higher order structures, several regulatory roles are attributed to DNA epigenetic markers. In this work, we investigated how the structural dynamics of a G-quadruplex, formed by the telomeric sequence, is affected by inosine, a prevalent modified nucleotide. We used the standard (TTAGGG)n telomere repeats with guanosine mutated to inosine at each G position. Sequences (GGG)4, (IGG)4, (GIG)4, (GGI)4, (IGI)4, (IIG)4, (GII)4, and (III)4, bridged by TTA linker, are studied using biophysical experiments and molecular modeling. The effects of metal cations in quadruplex folding were explored in both Na+ and K+ containing buffers using CD and UV-melting studies. Our results show that antiparallel quadruplex topology forms with the native sequence (GGG)4 and the terminal modified DNAs (IGG)4 and (GGI)4 in both Na+ and K+ containing buffers. Specifically, quadruplex hybrid was observed for (GGG)4 in K+ buffer. Among the other modified sequences, (GIG)4, (IGI)4 and (GII)4 show parallel features, while (IIG)4 and (III)4 show no detectable conformation in the presence of either Na+ or K+. Our studies indicate that terminal lesions (IGG)4 and (GGI)4 may induce certain unknown conformations. The folding dynamics become undetectable in the presence of more than one inosine substitution except (IGI)4 in both buffer ions. In addition, both UV melting and CD melting studies implied that in most cases the K+ cation confers more thermodynamic stability compared to Na+. Collectively, our conformational studies revealed the diverse structural polymorphisms of G4 with position dependent G-to-I mutations in different ion conditions.