Interakcie rôznych štruktúrnych motívov G-kvadruplexovej DNA s tioflavínom T

Authors: Andrea Halaganová 1    Erika Demkovičová 1    Petra Krafčíková 1    Viktor Víglaský 1   
1 Univerzita Jozefa Pavla Šafárika, Košice, Slovakia   
Year: 2016
Section: Cellular metabolism, physiology, molecular biology and genetics
Abstract No.: 1399
ISBN: 978-80-972360-0-7

G-kvadruplexy sú štruktúry nukleových kyselín bohaté na guanín (M. Gellert a kol., 1962), ktoré  pozostávajú z navrstvených G-kvartetov na seba (A. R. de la Faverie a kol., 2014) pomocou π-π ,,stackingˮ interakcií (J. L. Huppert, 2010). V ľudskom genóme sa počet miest s potenciálom pre tvorbu G-kvadruplexov odhaduje na viac ako 370 000 (A. K. Todd a kol., 2005, J. L. Huppert a S. Balasubramanian, 2007). G-kvadruplexy sa môžu vytvárať zo sekvencií ľudskej telomérnej DNA, iných netelomérnych genómových lokusov a promotorových oblastí onkogénov, ako sú napr. c-myc, c-Kit (K. I. E. McLuckie a kol., 2011, A. K. Todd a kol., 2007, A. Siddiqui-Jain a kol., 2002), bcl2, VEGF, KRAS, RET, HIF-1α (J. Plavec, 2009). Z tohto dôvodu sú považované za vhodné terapeutické ciele (A. R. de la Faverie a kol., 2014). Génový promótor c-myc je rozsiahlo študovaný z dôvodu možného formovania G-kvadruplexu. C-myc je silný onkoproteín a transkripčný faktor, ktorý hrá zásadnú úlohu v regulácii bunkového rastu aj v indukcii apoptózy (D. Yang a K. Okamoto, 2010). Malé molekuly, ktoré sa viažu a stabilizujú c-myc G-kvadruplex, potláčajú c-myc transkripciu v rakovinových bunkách (K. I. E. McLuckie a kol., 2011, J. N. Liu a kol., 2007). V dnešnej dobe pokračuje úsilie o vývoj a identifikáciu nízkomolekulových G-kvadruplexových ligandov, ktoré stabilizujú rôzne G-kvadruplexové štruktúry (D. J. Patel a kol., 2007). Napríklad stabilizácia telomérnych G-kvadruplexov prostredníctvom ligandov je sľubnou stratégiou pre vývoj protinádorových liečiv (B. Svobodová, 2011).  Makrocyklická štruktúra molekúl je obzvlášť atraktívna pre dizajn selektívnych G-kvadruplexových ligandov, pretože vykazujú nízku afinitu k "štandardnej" B-DNA konformácii (D. Monchaud a kol., 2010). Jedna z G-kvartetových sond, ktorá bola rozsiahlo skúmaná v posledných rokoch, je benzotiazolový derivát tioflavín T (ThT). Dôvodom, prečo je tento špecifický G-kvadruplexový fluorescenčný indikátor zaujímavý, je kvôli vysokej rozpustnosti vo vode a súčasne vykazuje veľmi veľké rozdiely v intenzite fluorescencie medzi naviazanou a nenaviazanou formou ThT s molekulou DNA (D. Miyoshi, 2014, J. Chen a kol., 2014). Vyznačuje sa výraznou štruktúrnou selektivitou pre G-kvadruplexy, ale nie pre ostatné formy DNA (J. Chen a kol., 2014). Fluorescencia ThT sa výrazne zvyšuje pri interakcii s G-kvadruplexom (J. Mohanty a kol., 2013, L. Tong a kol., 2013), pričom intenzita fluorescencie je omnoho vyššia v porovnaní s dsDNA alebo so ssDNA. G-kvadruplexy môžu mať aplikačný potenciál v mnohých oblastiach výskumu, a to v supramolekulovej chémie, biotechnológii, nanotechnológii až po medicínu (A. De Cian a J. L. Mergny, 2007). G-kvadruplexy predstavujú vhodný modelový systém vzhľadom k ich silnej koordinácii s kovovými iónmi (P. Šket a kol., 2005, P. Tóthová a kol., 2014). Povrch G-kvadruplexu, spojovacie slučky, región žliabku a iónový kanál sú štyri dôležité konštrukčné prvky G-kvadruplexov v štúdiách väzby liečiv (Z. S. Huang a kol., 2011).

Táto práca vznikla za podpory grantov VEGA č. 1/0131/16, APVV-0280-11, interné granty UPJŠ č. VVGS-2014-226 a VVGS-PF-2015-481.
  1. 1. A. R. de la Faverie, A. Guédin, A. Bedrat, L. A. Yatsunyk, J. L. Mergny, Nucleic Acids Res., 2014, 42(8):e65, 1–8.
    2. M. Gellert, M. N. Lipsett, D. R. Davies, Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 1962, 48:2013–2018.
    3. J. L. Huppert, The FEBS journal, 2010, 277(17):3452–3458.
    4. J. L. Huppert a S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res., 2007; 35(2): 406–413.
    5. J. Kypr,  I. Kejnovská, D. Renčiuk, M. Vorlíčková, Nucleic Acids Res., 2009, 37(6):1713–1725.
    6. N. W. Luedtke, Chimia, 2009, 63(3):134–139.
    7. K. I. E. McLuckie, A. E.  Z. Waller, D. A. Sanders, D. Alves, R. Rodriguez, J. Dash, G. J. McKenzie, A. R. Venkitaraman, S. Balasubramanian, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133(8): 2658–2663
    8. J. N. Liu, R. Deng, J. F. Guo, J. M. Zhou, G. K. Feng, Z. S. Huang, L. Q. Gu, Y. X. Zeng, X. F. Zhu, Leukemia. 2007, 21(6):1300– 1302
    9. D. Miyoshi, Panasonic Corporation, US Patent 8, 691, 589:1–14
    10. J. Mohanty, N. Barooah, V. Dhamodharan, S. Harikrishna, P. I. Pradeepkumar, A. C. Bhasikuttan, J. Am. Chem. Soc.,  2013, 135:367−376.
    11. D. Monchaud, A. Granzhan, N. Saettel,  A. Guédin, J.-L. Mergny, M.-P. Teulade-Fichou, J. Nucleic Acids, 2010, pii: 525862. 1–19.
    12. D. J. Patel, A. T. Phan, V.  Kuryavyi, Nucleic Acids Res., 2007, 35(22): 7429–7455.
    13. J. Plavec, Wiley, 2009, ISBN: 9781444312089:1-544.
    14. A. Siddiqui-Jain, C. L. Grand, D. J. Bearss, L. H. Hurley, Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, 2002 , 99(18):11593–11598.
    15. B. Svobodová, 2011, 1–46.
    16. P. Šket, M. Črnugelj, J. Plavec, Nucleic Acids Res., 2005, 33(11): Pp. 3691-3697.
    17. D. J. Patel, A. T. Phan, V.  Kuryavyi, Nucleic Acids Res., 2007, 35(22): 7429–7455.
    18. K. Todd, M. Johnston, S. Neidle, Nucleic Acids Res., 2005, 33(9): 2901–2907.
    19. K. Todd, S. M. Haider, G. N. Parkinson, S. Neidle, Nucleic Acids Res., 2007, 35(17): 5799–5808.
    20. L. L. Tong, L. Li, Z. Chen, Q. Wang, B. Tang, Biosensors & Bioelectronics, 2013, 49:420–425.
    21. P. Tothová, P. Krafčíková, V. Víglaský, Biochemistry, 2014, 53 (45), pp 7013–7027.
    22. D. Yang a K. Okamoto, Future Med. Chem., 2010; 2(4):619–646.
    23. Z. S. Huang, J.-H. Tan, T.-M. Ou, D. Li, L.-Q. Gu, Hoboken, N. J. : John Wiley & Sons, 2011, ISBN: 978-1-118-09280-4:1–423.