Štúdium vplyvu polyetylénglykolu na konformáciu G-kvadruplexov odvodených od telomérnych sekvencií DNA

Štúdium vplyvu polyetylénglykolu na konformáciu G-kvadruplexov odvodených od telomérnych sekvencií DNA

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
99%
Prevedenie (dizajn)
95%
Diskusná interakcia
100%
ISBN: 978-80-972360-0-7

Štúdium vplyvu polyetylénglykolu na konformáciu G-kvadruplexov odvodených od telomérnych sekvencií DNA

Erika Demkovičová1 Petra Krafčíková1 Andrea Halaganová1 Viktor Víglaský1
1Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Košice, Slovenská republika
kellerova.erika@gmail.com

Sekvencie nukleových kyselín, ktoré obsahujú oblasti s vysokým podielom guanozínov môžu vytvárať vysokoorganizované štruktúry nazývané G-kvadruplexy. Predpokladá sa, že tieto nekanonické štruktúrne DNA motívy môžu byť zahrnuté vo viacerých biologických funkciách akými sú napríklad starnutie buniek, alebo aj mnohé ochorenia u ľudí vrátane rakoviny [1].

Teloméry sú nukleoproteínové komplexy nachádzajúce sa na konci lineárnych chromozómov. Sekvencie s potenciálom tvorby G-kvadruplexov boli objavené v telomérnych oblastiach DNA, obsahujúc opakovania sekvencií (G3T2A)n u ľudí a vyšších eukaryotov, (G4T2)n pri Tetrahymene a (G4T4)n pri Oxytriche a Stylonchii. Po každom bunkovom delení u somatických buniek dochádza ku skracovaniu telomér a tým plnia úlohu tzv. biologických hodín. Naopak, v prípade vyše 80% rakovinových buniek je aktívny enzým telomeráza, ktorá udržiava konštantnú dĺžku telomér. Z toto dôvodu by sa regulovaná indukcia a stabilizácia tejto štruktúry mohla využiť pri liečbe rôznych druhov rakoviny [2].

Na konformáciu G-kvadruplexov vplýva mnoho faktorov akými sú prostredie (zloženie tlmivého roztoku, teplota, pH a pod.), ale aj samotná nukleotidová sekvencia [3].  V súčasnosti rastie snaha napodobniť vnútrobunkové prostredie G-kvadruplexov, pričom sa na tento účel často používajú tzv. zhlukujúce činidlá, hlavne polyetylénglykol (PEG 200) [4]. Cieľom tejto práce bolo štúdium vplyvu polyetylénglykolu 200 na rôzne telomérne sekvencie pre jeho schopnosť modifikovať konformáciu nukleových kyselín [4]. Zmeny boli sledované za pomoci metód kruhového dichroizmu (CD) a nedenaturačnej polyakrylamidovej gélovej elektroforézy (PAGE). Z výsledkov našich experimentov môžeme predpokladať, že PEG 200 prednstne indukuje prechod G-kvadruplexovej štruktúry na paralelnú konformáciu. Výsledky tejto práce môžu byť cenným zdrojom informácií pre ďalšie štúdium konformačných vlastností G-kvadruplexov ako štruktúr s potenciálnym využitím pri dizajne liečiv.

Poďakovanie: 

Táto práca vznikla za podpory grantov VEGA č. 1/0131/16UPJŠ, APVV-0280-11, VVGS-2014-226 a VVGS-PF-2015-481.

Zdroje: 

1. Viglasky, V., L. Bauer, and K. Tluckova, Structural features of intra- and intermolecular G-quadruplexes derived from telomeric repeats. Biochemistry, 2010. 49(10): p. 2110-20.
2. Londono-Vallejo, J.A., Telomere instability and cancer. Biochimie, 2008. 90(1): p. 73-82.
3. Phan, A.T., Y.S. Modi, and D.J. Patel, Two-repeat Tetrahymena telomeric d(TGGGGTTGGGGT) sequence interconverts between asymmetric dimeric G-quadruplexes in solution. Journal of Molecular Biology, 2004. 338(1): p. 93-102.
4. Buscaglia, R., et al., Polyethylene glycol binding alters human telomere G-quadruplex structure by conformational selection. Nucleic Acids Res, 2013. 41(16): p. 7934-46.

Diskusia

Dobrý deň, Erika. Krásna práca! Napísala si, že štruktúra G-kvadruplexov sa využíva pri dizajnovaní liečiv. Premýšlali ste pracovať s niečím takým? Využíva sa také niečo už v predklinickej alebo klinickej praxi? Ďakujem :)

Dobrý deň, ďakujem za reakciu. G-kvadruplexová štruktúra je naozaj využívaná pri dizajnovaní liečiv, my sa konkrétne venujeme už testovaniu zlúčenín, ktoré boli navrhnuté. Takýchto tzv. ligandov existuje v dnesnej dobe veľmi veľa, sú spísané dokonca v databáze (http://www.g4ldb.org/ci2/index.php). Čo sa týka syntéz, to je podľa mňa skôr oblasťou našich kolegov z organickej chémie. Niekoľko zo známych ligandov už je v klinychých štúdiách. Menovať môžem napríklad Quarfloxin, ktorý je taký najznámejší,nakoľko bol prvým ligandom,ktorý sa dostal do klinických štúdií.

Dobrý deň, práca sa mi veľmi páčila, mal by som len jednu otázku- robili ste obdobné experimenty aj s vyššími PEG-mi? Ak áno, aké ste dosahovali výsledky?
Ďakujem. Skutočne pekná práca :)

Dobrý deň, ďakujem veľmi pekne za milé slová aj za reakciu. Konkrétne tieto sekvencie sme s vyššími PEGmi neskúšali. Zatiaľ sa nám najviac osvedčilopoužívanie PEGu 200.

Ja sa hneď v začiatku ospravedlňujem, ale táto téma je trochu mimo môj rozsah a rád by som ju trochu pochopil.
Prv by som sa zameral priamo na to delenie. Pochopil som správne, že rakovinotvorné bunky si v 80% udržiavajú "mladosť"? Poprípade, že nepodliehajú akému si prirodzenému starnutiu a možnej následnej apoptóze? Vie to polyetylénglykol navodiť?
Aké je prirodzené prostredie G-kvadruplexov? Čím je vlastne podmienená? A požiadal by som Vás o krátke vysvetlenie čo/ako v praxi vie byť tento poznatok zakomponovaný. Tu podotázka: znamená to, že prípadná liečba musí byť nastavená priamo na daného jedinca jednotlivo, chápem to správne?

ďakujem

Dobrý deň. U normlálnych zdravých somatických bunkách je enzým telomeráza neaktívny. Pri každom delení dochádza ku skracovaniu koncov chromozómov-telomér v dôsledku problému replikácie koncov. Vedúce vlákno je replikované súvisle, pričom oneskorujúce vlákno je replikované v krátkych fragmentoch a dochádza tým pádom k neúplnej replikácii a skracovaniu telomér pri každom bunkovom delení. Teloméry sa teda u zdravých buniek postupne skracujú čo je označované ako starnutie a to časom vedie k apoptóze. Enzým telomeráza, ktorý je aktívny až u 80% rakovinových buniek je schopný dokladať dodatočné nezreplikované úseky a tým pádom nedochádza ku skracovaniu telomér. Preto sú v mnohých článkoch označované rakovinové bunky aj ako tzv. nesmrteľné. PEG napodobňuje prostredie v bunke, samotnú tvorbu G-kvadruplexov nenavodzuje. Cieľom tejto práce bolo vlastne zistiť či sa tieto štruktúry budú meniť na iné konformácie v prostredí napodobňujúcom prostredie bunky, alebo či dôjde k rozrušeniu tejto štruktúry. Pretože ak sa vytvorí G-kvadruplex na telomére, tým pádom sa inaktivuje telomeráza a dochádza k apoptóze. G-kvadruplexy sú indukované hlavne prítomnosťou jednomocných iónov alkalických kovov, ktoré ho dokážu aj zastabilizovať. Čiže liečba nemusí byť nastavená ne jednotlivca.

Ďakujem pekne za odpoveď.

Erika, zaujímavá práca. Mala by som jednu otázku. Skúšali ste vplyv PEG aj na iné sekvencie ako telomérne? Ďakujem.

Ahoj, áno skúšali sme vplyv PEGu aj na sekvencie odvodené od onkogénnych promótorov, pričom sme pozorovali podobné efekty.