Войти
Триплексная структура ДНК. Стрелки идут от конца 5 к концу 3. (PDB : 1BWG )Трехцепочечная ДНК (a также известная как H-ДНК или Triplex-DNA ) представляет собой структуру ДНК, в которой три олигонуклеотида наматываются друг на друга и образуют тройная спираль. В трехцепочечной ДНК третья цепь связывается с двойной спиралью B-формы ДНК (посредством пары оснований Уотсона – Крика ), образуя пары оснований Хугстина или обратные водородные связи Хугстина.
Наиболее стабильные пары тройных оснований в трехцепочечной ДНК. Rx-Ry: Связывание пар оснований Ватсона и Крика. Ry-Rz: связывание пар оснований Хугестина. тимин (Т) азотистое основание может связываться с парой оснований Уотсона-Крика TA путем образования водородной связи Хугстина. Водород тимина связывается с аденозином (A) исходной двухцепочечной ДНК с образованием триплета оснований T-A * T. В кислых условиях протонированный цитозин, представленный как C +, может образовывать триплет оснований с парой C-G через пары оснований Хугстина, образуя C-G * C +. Пары оснований TA * T и CG * C + являются наиболее стабилизированными парами триплет-основание, которые могут образовываться, в то время как TA * G и CG * G являются наиболее дестабилизированными парами триплет-основание.
Существует два класса триплексной ДНК: межмолекулярные и внутримолекулярные образования. Межмолекулярный триплекс относится к образованию триплекса между дуплексом и другой (третьей) цепью ДНК. Третья цепь может происходить либо из соседней хромосомы, либо из триплексообразующего олигонуклеотида (TFO). Внутримолекулярная триплексная ДНК образуется из дуплекса с цепями гомопурина и гомопиримидина с симметрией зеркального повтора. Степень сверхспирализации в ДНК влияет на количество происходящего внутримолекулярного образования триплекса. Существует два различных типа внутримолекулярной триплексной ДНК: H-ДНК и H * -ДНК. Образование H-ДНК стабилизируется в кислых условиях и в присутствии двухвалентных катионов, таких как Mg. В этой конформации гомопиримидиновая цепь в дуплексе изгибается назад, чтобы связываться с пуриновой цепью параллельным образом. Основными триадами, используемыми для стабилизации этой конформации, являются T-A * T и C-G * C. Цитозин этой триады оснований должен быть протонирован, чтобы образовать эту внутримолекулярную тройную спираль, поэтому эта конформация стабилизируется в кислых условиях. H * -ДНК имеет благоприятные условия образования при нейтральном pH и в присутствии двухвалентных катионов. Эта внутримолекулярная конформация образуется в результате связывания гомопуриновой и пуриновой цепей дуплекса антипараллельным образом. Он стабилизируется триплетами оснований T-A * A и C-G * G.
Трехцепочечная ДНК участвует в регуляции нескольких генов. Например, ген c-myc подвергся обширным мутациям, чтобы изучить роль, которую триплексная ДНК, по сравнению с линейной последовательностью, играет в регуляции гена. Элемент промотора c-myc, называемый чувствительным к нуклеазе элементом или NSE, может образовывать тандемные внутримолекулярные триплексы типа H-ДНК и имеет мотив повторяющейся последовательности (ACCCTCCCC) 4. Мутировавший NSE исследовали на транскрипционную активность и на его способность формировать внутри- и межмолекулярный триплекс. Транскрипционная активность мутантных NSE может быть предсказана по способности элемента образовывать H-ДНК, а не по количеству повторов, положению или количеству мутантных пар оснований. Следовательно, ДНК может быть динамическим участником транскрипции гена c-myc.
TFO - это короткие (≈15-25 нуклеотидов) цепи нуклеиновой кислоты, которые связываются в большой бороздке двухцепочечной ДНК с образованием внутримолекулярных триплексных структур ДНК. Есть некоторые свидетельства того, что они также способны модулировать активность генов in vivo. В пептидной нуклеиновой кислоте (PNA) сахарно-фосфатный остов ДНК заменен белковоподобным остовом. ПНК образуют P-петли, взаимодействуя с дуплексной ДНК, образуя триплекс с одной цепью ДНК, вытесняя другую. Предполагается, что очень необычная рекомбинация или параллельные триплексы, или R-ДНК, образуются под белком RecA в ходе гомологичной рекомбинации.
TFO специфически связываются с областями гомопурин-гомопиримидин, которые часто являются общими в последовательностях промотора и интрона генов, влияющих на передачу сигналов в клетке. TFO могут ингибировать транскрипцию путем связывания с высокой специфичностью со спиралью ДНК, тем самым блокируя связывание и функцию факторов транскрипции для определенных последовательностей. Путем введения TFO в клетку (посредством трансфекции или другими способами) можно контролировать экспрессию определенных генов. Это приложение имеет новые возможности для сайт-специфического мутагенеза и генной терапии. В клетках рака простаты человека фактор транскрипции Ets2 чрезмерно экспрессируется и, как считается, способствует росту и выживанию клеток в таком избытке. Carbone et al. разработали специфичный для последовательности TFO для последовательности промотора Ets2, который подавлял экспрессию гена и приводил к замедлению роста и гибели клеток. Changxian et al. также представили TFO, нацеленный на промоторную последовательность bcl-2, гена, ингибирующего апоптоз.
Наблюдаемое ингибирование транскрипции также может иметь негативные последствия для здоровья, такие как его роль в рецессивном аутосомном гене болезни Фридрейха. Атаксия. При атаксии Фредрика образование триплексной ДНК нарушает экспрессию интрона 1 гена FXN. Это приводит к дегенерации нервной системы и спинного мозга, нарушая подвижность конечностей. Было показано, что для борьбы с этой триплексной нестабильностью белки эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) распознают и восстанавливают трехцепочечные структуры ДНК, восстанавливая полную доступность ранее ингибированного и нестабильного гена.
Были проведены значительные исследования биологических последствий, связанных с присутствием триплексной ДНК, а точнее H-ДНК, в областях основных точек разрыва (Mbr) и точек разрыва в двух цепях (DBS) определенных генов.
Например, в дополнение к другим последовательностям ДНК, не относящимся к B, обнаруженным по соседству с промотором P1 гена c-MYC, были обнаружены последовательности, образующие H-ДНК с полипуриновым зеркальным повторением, которые связаны с основными горячими точками разрыва этот регион. Случаи генетической нестабильности также наблюдались у потомства F1 трансгенных мышей после включения в их геномы последовательностей, образующих H-ДНК человека, спаренных с последовательностями Z-ДНК, где ранее не сообщалось о нестабильности. Кроме того, формирование R.R.Y. триплексные конформации наблюдались в Mbr гена bcl-2. Было высказано предположение, что образование этих структур вызывает транслокацию t (14; 18), наблюдаемую при многих раковых заболеваниях и большинстве фолликулярных лимфом. Это наблюдение привело к исследованию, которое показало, что после блокирования образования H-ДНК можно наблюдать значительное уменьшение количества событий транслокации путем небольшого изменения последовательности этой области. Также было обнаружено, что длинные участки GAA · TTC образуют очень стабильные триплексные структуры. Было показано, что взаимодействия между этими двумя триплексными структурами, называемыми липкой ДНК, прерывают транскрипцию X25 или гена фратаксина. Поскольку снижение уровня белка фратаксина связано с атаксией Фридрейха, предполагается, что формирование этой нестабильности является основой этого генетического заболевания.
Опровергнутая ныне ранняя спекулятивная структура тройной спирали предложенный Полингом и Кори в 1953 г. Трехцепочечные структуры ДНК были распространенными гипотезами в 1950-х годах, когда ученые пытались обнаружить истинную структурную форму ДНК. Уотсон и Крик (которые позже получили Нобелевскую премию за свою модель двойной спирали) первоначально рассматривали модель тройной спирали, как и Полинг и Кори, которые опубликовали предложение по их тройной спирали. Модель спирали 1953 года, а также коллега-ученый Фрейзер. Однако Ватсон и Крик вскоре выявили несколько проблем с этими моделями:
Модель Фрейзера отличалась от модели Полинга и Кори тем, что в его модели фосфаты находятся снаружи и основания находятся внутри и связаны водородными связями. Однако Уотсон и Крик сочли модель Фрейзера слишком неопределенной, чтобы специально комментировать ее недостатки.
Альтернативная трехцепочечная структура ДНК была описана в 1957 году. Считалось, что она встречается только в одном in vivo биологическом процессе: в качестве промежуточного продукта во время действия E. coli рекомбинационный фермент RecA. Его роль в этом процессе не изучена.
