$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Naast de typische Watson-Crick dubbele helix, kunnen nucleïnezuren verschillende secundaire structuren aannemen, zoals de alternatieve G-quadruplex (G4) vorm, vanwege hun guaninerijke sequenties. De G4-structuur is gebaseerd op de vorming van vlakke tetrameren, G-tetrads genaamd, waarin vier guanines op elkaar inwerken via Hoogsteen-waterstofbruggen. G-tetrads worden gestapeld en verder gestabiliseerd door monovalente kationen die worden gecoördineerd in het midden van de guaninekern (Figuur 1)1.

Figuur 1: Schematische weergave van een G-quadruplex structuur. (A) Schematische weergave van een G-tetrad. De vlakke array wordt gestabiliseerd door Hoogsteen basenparen en door een centraal kation (M+). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Sequenties met vier of meer runs van ten minste twee opeenvolgende guaninenucleotiden zijn potentiële G-quadruplex-vormende sequenties (PQS's) die zich in G-quadruplexstructuren kunnen vouwen. PQS's bevinden zich in veel verschillende cellulaire contexten, zoals op telomeren, genpromotors, ribosomaal DNA en recombinatieplaatsen, en zijn betrokken bij de regulatie van veel biologische processen. Daarom is de identificatie en experimentele validatie van G4's in het menselijk genoom, die momenteel voornamelijk wordt uitgevoerd door middel van computationele hulpmiddelen, een biologisch relevante kwestie3. Om computationele voorspellingen te ondersteunen of onvoorspelbare G4-structuren te detecteren, wordt hier een toegankelijke methode getoond op basis van chemische mapping om de G4-formatie in een DNA-sjabloon te identificeren, waardoor de nauwkeurige identificatie van guanines die de G-tetrad-structuur vormen, mogelijk wordt.
De gerapporteerde chemische mapping-test maakt gebruik van de verschillende reactiviteit van bis-3-chloorpiperidines (B-CeP's) met guanines na de vorming van G4-structuren. Vanwege hun hoge reactiviteit met nucleofielen 4,5,6,7,8,9 zijn B-CeP's nucleïnezuuralkylerende middelen met het vermogen om zeer efficiënt te reageren met de N 7-positie van guaninenucleotiden10. Alkylering wordt gevolgd door depurinatie en strengsplitsing in enkel- en dubbelstrengs DNA-constructen. Integendeel, guanines die betrokken zijn bij de vorming van de G-tetrads in G4-opstellingen zijn ongevoelig voor B-CeP-alkylering, aangezien de N7-positie van guanines betrokken is bij de Hoogsteen-waterstofbruggen. Deze specifieke reactiviteit van B-CeP's maakt niet alleen de detectie van G4-structuren mogelijk, maar ook de identificatie van de guanines die de tetrad(s) vormen, zoals ze kunnen worden afgeleid uit hun relatieve bescherming tegen alkylering in vergelijking met guanines in enkel- en dubbelstrengs DNA.
Het chemische mapping-protocol wordt hier gerapporteerd met behulp van B-CeP 1 (Figuur 2A) als een sonde voor de karakterisering van trombine-bindend aptameer (TBA), een 15-mer DNA dat in staat is om de G4-rangschikking aan te nemen in aanwezigheid van kaliumkationen11,12. De G4-opstelling van TBA (G4-TBA) wordt rechtstreeks vergeleken met twee controles, namelijk TBA in de enkelstrengsvorm (ssTBA) en TBA gegloeid tot zijn complementaire sequentie om het dubbelstrengs construct (dsTBA) te vormen (tabel 1). Producten van sonderingsreacties worden opgelost door polyacrylamidegelelektroforese met hoge resolutie (PAGE) op het niveau van één nucleotide door individuele alkyleringsadducten en DNA-strengsplitsing bij de gealkyleerde guanines te lokaliseren. Visualisatie op de gel wordt mogelijk gemaakt door conjugatie van het TBA-oligonucleotide met een fluorofoor aan het 3'-uiteinde (tabel 1). Dit protocol laat zien hoe TBA in zijn verschillende conformaties (G4 en controles) moet worden gevouwen en hoe sonderreacties kunnen worden uitgevoerd met B-CeP's gevolgd door PAGE.