Spektroskopická analýza interakcie G-kvadruplexovej DNA s ligandom 1,1´-diethyl-2,2´-cyanine iodid (PIC)

Spektroskopická analýza interakcie G-kvadruplexovej DNA s ligandom 1,1´-diethyl-2,2´-cyanine iodid (PIC)

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
94%
Prevedenie (dizajn)
97%
Diskusná interakcia
96%
PoužívateľVedecká prácaDizajnDiskusná interakcia
Mgr. Lenka Koptašiková60%80%80%
RNDr. Erika Kellerová PhD.100%100%100%
RNDr. Petra Krafčíková100%100%100%
RNDr. Júlia Kudláčová PhD.100%100%-
Mgr. Lukáš Šebest100%100%-
RNDr. Jana Janočková PhD.100%100%100%
RNDr. Monika Kvaková100%100%100%
ISBN: 978-80-970712-8-8

Spektroskopická analýza interakcie G-kvadruplexovej DNA s ligandom 1,1´-diethyl-2,2´-cyanine iodid (PIC)

Erika Demkovičová1 Petra Krafčíková1 Petra Tóthová1 Viktor Víglaský1
1Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Košice, Slovenská republika
kellerova.erika@gmail.com

DNA môže vytvárať rôznorodé štruktúrne formy, ako je napr. pravotočivá A-DNA, ľavotočivá Z-DNA, rôzne rôzne vlásenky a podsunuté štruktúry, trojvláknové triplexy a štvorvláknové DNA štruktúry nazývané G-kvadruplexy1.
Sekvencie s vyšším podielom obsahu guanínov sú schopné vytvárať G-kvadruplexy. G-kvadruplexy sa vyskytujú v eukaryotických telomérach, ako aj v regulačných oblastiach onkogénov (promótory génov)2. G-kvadruplexové štruktúrne motívy majú značný potenciál pri využití v rozličných vedeckých oblastiach, napríklad ako terapeutické ciele pre špecifické liečivá. Tvorba G-kvadruplexov je často spájaná s telomerázovou aktivitou. Teloméry sa v somatických bunkách postupne skracujú zakaždým, keď sa bunka delí. V nádorových bunkách je aktívny enzým telomeráza a dochádza k predĺžovaniu telomér, čo prakticky robí rakovinové bunky nesmrteľnými. Malé molekuly (ligandy) schopné stabilizovať G-kvadruplexy inhibujú aktivitu tohto enzýmu, a preto sú považované za potenciálne ciele pre vývoj protirakovinových liečiv. Ľudský onkogén c-myc hrá dôležitú úlohu v bunkových procesoch a jeho nadmerná expresia je spájaná so zvýšenou proliferáciou buniek v rôznych malígnych nádoroch3. G-kvadruplexy vytvorené v rámci promótorovej oblasti cieľového génu sú schopné inhibovať transkripciu daného onkogénnu. Špecifické ligandy majú schopnosť stabilizovať štruktúru G-kvadruplexov4.
V tejto práci sme sa zamerali na štúdium interakcie špecifického ligandu PIC s G-kvadruplexovou DNA. Na merania bola použitá ľudská telomérna sekvencia (HTR) a onkogénna promótorova sekvencia c-myc. Naše výsledky boli získané pomocou spektrálnych metód (UV-Vis spektroskopia, cirkulárny dichroizmus). UV-Vis spektroskopia bola použitá pri štúdiu stability G-kvadruplexov a pri štúdiu ich interakcie s ligandom. Prítomnosť interakcie bola preukázaná posunom polohy maxima absorpčného pásu roztoku ligandu po pridaní DNA. CD spektroskopia bola použitá na štúdium štruktúry G-kvadruplexu a na štúdium jeho interakcie s ligandom. Hlavným cieľom tejto práce bolo objasniť vplyv ligandu na tvorbu G-kvadruplexov a ich teplotnú stabilitu a súčasne analyzovať vznik tzv. indukovaného CD signálu, ktorý vzniká v dôsledku interakcie ligandu s G-kvadruplexom. Prostredníctvom týchto výsledkov sme zistili, že G-kvadruplexová štruktúra vykazuje výrazne vyššiu teplotu prechodu v prítomnosti ligandu PIC, a že v jeho prítomnosti dochádza k tvorbe indukovaných CD signálov pri oboch použitých sekvenciách.
Záujem o štúdium štruktúry G-kvadruplexovej DNA má význam, pretože charakterizácia ich vzniku ako aj ich interakcie s rôznymi ligandmi, môže poslúžiť ako vhodný nástroj pri vývoji nových nízkomolekulových látok s protirakovinným účinkom.

 

Poďakovanie: 

Táto práca vznikla s podporou grantov UPJŠ (VEGA 1/0504/12, APVV-0280-11, VVGS-2014-226, VVGS-PF-2015-481).

Zdroje: 

1. Kypr, J., et al., Circular dichroism and conformational polymorphism of DNA. Nucleic Acids Res, 2009. 37(6): p. 1713-25.
2. Parkinson, G.N., M.P. Lee, and S. Neidle, Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA. Nature, 2002. 417(6891): p. 876-80.
3. Ghosh, S. and D. Dasgupta, Quadruplex forming promoter region of c-myc oncogene as a potential target for a telomerase inhibitory plant alkaloid, chelerythrine. Biochem Biophys Res Commun, 2015. 459(1): p. 75-80.
4. Balasubramanian, S. and S. Neidle, G-quadruplex nucleic acids as therapeutic targets. Curr Opin Chem Biol, 2009. 13(3): p. 345-53.

Diskusia

Dobry den,

viem, ze spominane metodiky su zauzivane v takomto type experimentov, ale zaujimalo by ma, ci by nebolo rychlejsie previest dane experimenty in silico - na zaklade namodelovania väzby ligang-G-DNA priamo v pocitaci?

Dakujem a drzim palce.

Dobry den,
dakujem za otazku. Rychlejsie by to bolo urcite, len nie som si ista, ci by sa aj v pocitaci dali namodelovat presne podmienky pri akych experiment prebiehal. Tvorba G-kvadruplexu a aj samotna interakcia zavisi aj od podmienok prostredia v akom je experiment merany. Ale ako nejaka doplnujuca metoda by to bolo urcite zaujimave :)

DObry den. mna by zaujimalo ako viete odlisit vznik g-kvadruplexu od duplexu pri danych oligach.
preco ste si ako ligand vybrali PIC? existuju aj ine specificke ligandy pre telomernu sekvenciu? dakujem pekne

Dobry den.Z pozície a veľkosti CD signálov môžu byť rozpoznané konformácie G-kvadruplexovej štruktúry (paralelná, antiparalelná, hybridná) rovnako ako môže byť rozpoznaná aj B-forma DNA. Pozitívne CD oblasti v okolí 265 nm a negatívny CD pás približne pri 240 nm je znakom paralelnej konformácie, zatiaľ čo maximá v okolí 295 a 240 nm s minimom pri 260 nm svedčia o antiparalelnej konformácii. Hybridná konformácia je typická maximami pri 295 nm a 265 nm a minimom pri 235 nm. B-DNA sú charakteristické s maximom v oblasti 260-280 nm a minimom v okolí 245 nm.
Ligand PIC je len jedným z ligandov, ktorého interakciu sme skúmali. Samozrejme, existujú aj iné špecifické ligandy, ktorých interakcie skúmame.