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Además de la típica doble hélice de Watson-Crick, los ácidos nucleicos pueden adoptar varias estructuras secundarias, como la forma alternativa G-quadruplex (G4), debido a sus secuencias ricas en guanina. La estructura de G4 se basa en la formación de tetrámeros planos, llamados G-tétradas, en los que cuatro guaninas interactúan a través de enlaces de hidrógeno de Hoogsteen. Las tétradas G se apilan y se estabilizan aún más mediante cationes monovalentes que se coordinan en el centro del núcleo de guanina (Figura 1)1.

Figura 1: Representación esquemática de una estructura G-cuádruple. (A) Representación esquemática de una G-tétrada. La matriz plana se estabiliza mediante el apareamiento de bases de Hoogsteen y mediante un catión central (M+). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Las secuencias con cuatro o más corridas de al menos dos nucleótidos consecutivos de guanina son secuencias potenciales de formación de G-cuádruples (PQS) que pueden plegarse en estructuras G-cuádruples. Las PQS se localizan en muchos contextos celulares diferentes, como los telómeros, los promotores de genes, el ADN ribosómico y los sitios de recombinación, y están involucradas en la regulación de muchos procesos biológicos2. Por lo tanto, la identificación y validación experimental de G4s en el genoma humano, que actualmente se realiza principalmente a través de herramientas computacionales, es un tema biológicamente relevante3. Con el fin de apoyar las predicciones computacionales o detectar estructuras G4 no predichas, aquí se muestra un método accesible basado en el mapeo químico para identificar la formación de G4 en una plantilla de ADN, que permite la identificación precisa de las guaninas que forman la estructura de la tétrada G.
El ensayo de mapeo químico reportado explota la diferente reactividad de las bis-3-cloroperiperidinas (B-CePs) con guaninas después de la formación de estructuras G4. Debido a su alta reactividad con los nucleófilos 4,5,6,7,8,9, los B-CeP son agentes alquilantes de ácidos nucleicos con la capacidad de reaccionar de manera muy eficiente con la posición N7 de los nucleótidos de guanina10. La alquilación es seguida por la desurinación y la escisión de la hebra en las construcciones de ADN monocatenario y bicatenario. Por el contrario, las guaninas involucradas en la formación de las tétradas G en los arreglos G4 son impermeables a la alquilación B-CeP, ya que la posición N7 de las guaninas está implicada en los enlaces de hidrógeno de Hoogsteen. Esta reactividad específica de los B-CeP permite no solo la detección de estructuras G4, sino también la identificación de las guaninas que forman la(s) tétrada(s), ya que se pueden deducir de su relativa protección contra la alquilación en comparación con las guaninas en ADN monocatenario y bicatenario.
El protocolo de mapeo químico se presenta utilizando B-CeP 1 (Figura 2A) como sonda para la caracterización del aptámero de unión a trombina (TBA), un ADN de 15 meros capaz de asumir la disposición G4 en presencia de cationes de potasio11,12. La disposición G4 de TBA (G4-TBA) se compara directamente con dos controles, a saber, TBA en forma monocatenaria (ssTBA) y TBA recocido a su secuencia complementaria para formar la construcción bicatenaria (dsTBA) (Tabla 1). Los productos de las reacciones de sondeo se resuelven mediante electroforesis en gel de poliacrilamida (PAGE) de alta resolución a nivel de un solo nucleótido mediante la localización de aductos de alquilación individuales y la escisión de la cadena de ADN en las guaninas alquiladas. La visualización en el gel es posible mediante la conjugación del oligonucleótido TBA con un fluoróforo en su extremo 3' (Tabla 1). Este protocolo muestra cómo plegar TBA en sus diferentes conformaciones (G4 y controles), y cómo realizar reacciones de sondaje con B-CeP seguidas de PAGE.