Учёные обнаружили динамичный тримолекулярный G-квадруплекс

G-квадруплексы (GQ) — важные некодирующие вторичные структуры ДНК in vivo и in vitro, которые широко исследуются в биологии, медицинской химии, супрамолекулярной химии и нанотехнологиях. Подавляющее большинство GQ формируется одним, двумя или четырьмя G-богатыми олигомерами, с редкими исключениями.

Однако исследовательская группа из Лаборатории сильных магнитных полей (HMFL) Китайской академии наук (CAS) недавно сообщила о новом открытии с помощью технологии ядерного магнитного резонанса (NMR) в растворе.

«Наша работа впервые демонстрирует динамичный тримолекулярный G-квадруплекс (tri-GQ)», — заявил руководитель группы Чжан На. «Он образуется исключительно за счёт самоассоциации трёх молекул d(GTTAGG), предпочтительно в растворе с ионами Na⁺, но устойчив и к равному количеству катионов K⁺».

Исследованная последовательность d(GTTAGG) может рассматриваться либо как сдвинутая рамка считывания одного повтора теломерной ДНК человека (связанной с раком и старением), либо как 1.5 повтора теломерной ДНК тутового шелкопряда (Bombyx mori).

Команда показала, как восемь гуанинов из трёх асимметрично сложенных цепей d(GTTAGG) организуются в ядро из двух тетрад. Оно характеризуется разорванным G-столбиком и двумя канавками нерегулярной ширины.

К удивлению учёных, оказалось, что упорядоченный tri-GQ d(GTTAGG) не является статичной структурой. «Это динамичная сборка, живущая в постоянном движении», — с энтузиазмом отметил Чжан На. — «Это динамическое явление особенно подходит для исследования методом NMR».

Двумерный спектроскопический эксперимент (ROESY) подтвердил, что при 17°C происходит быстрый обмен цепями (в масштабе секунд) между свёрнутым tri-GQ и развёрнутой одноцепочечной формой d(GTTAGG). Обе формы сосуществуют в динамическом равновесии.

Полиморфизм считается неотъемлемой чертой G-квадруплексов. Это открытие делает семейство структур GQ ещё более разнообразным, что открывает потенциал для новых функциональных применений.