$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Oligonukleotydy tworzące tripleksy (TFO) wiążą DNA dupleksowe w sposób specyficzny dla sekwencji poprzez wiązanie Hoogsteena z wodorem, tworząc struktury potrójnej helisy1-5. Technologia Triplex została wykorzystana do badania różnych mechanizmów biomolekularnych, takich jak transkrypcja, naprawa uszkodzeń DNA i celowanie w geny (omówione w bibliograficznychźródłach 6-8). TFO były szeroko stosowane do indukowania specyficznych dla miejsca uszkodzeń plazmidów reporterowych9,10. Nasze laboratorium i inne wcześniej używały TFO, AG30, połączonego z cząsteczką psoralenu w celu indukowania specyficznych dla miejsca wiązań międzyniciowych DNA (ICL) w genie supF na plazmidzie pSupFG15,10-12. ICL są wysoce cytotoksyczne, ponieważ zmiany te kowalencyjnie sieciują dwie nici DNA, a jeśli nie zostaną naprawione, mogą blokować transkrypcję genów i utrudniać maszynerię replikacji DNA13,14. Ze względu na ich potencjał cytotoksyczny, środki indukujące ICL są stosowane jako leki chemioterapeutyczne w leczeniu raka i innych chorób15. Jednak przetwarzanie i naprawa ICL w komórkach ludzkich nie jest dobrze poznana. W związku z tym lepsze zrozumienie mechanizmów związanych z przetwarzaniem ICL w komórkach ludzkich może pomóc w poprawie skuteczności schematów chemioterapeutycznych opartych na ICL. ICL indukowane przez TFO i ich produkty pośrednie naprawy mogą potencjalnie powodować znaczne zniekształcenia strukturalne helisy DNA. Takie zniekształcenia są prawdopodobnym celem dla białek architektonicznych, które wiążą się ze zniekształconym DNA z większym powinowactwem niż do kanonicznego dupleksowego DNA w formie B16-20. Tutaj badaliśmy związek bardzo obfitego białka architektonicznego, HMGB1 z ICL w komórkach ludzkich za pomocą testów immunoprecypitacji chromatyny (ChIP) na plazmidach usieciowanych psoralenem i zidentyfikowaliśmy rolę HMGB1 w modulowaniu topologii DNA plazmidu usieciowanego psoralenem w ludzkich lizatach komórek rakowych.
HMGB1 to bardzo obfite i wszechobecne w ekspresji niehistonowe białko architektoniczne, które wiąże się z uszkodzonym DNA i alternatywnie ustrukturyzowanymi substratami DNA o wyższym powinowactwie niż kanoniczne DNA w formie B17-20. HMGB1 bierze udział w kilku procesach metabolicznych DNA, takich jak transkrypcja, replikacja DNA i naprawa DNA16,21-23. Wcześniej wykazaliśmy, że HMGB1 wiąże się z ICL skierowanymi na TFO in vitro z wysokim powinowactwem20. Ponadto wykazaliśmy, że brak HMGB1 zwiększył mutagenne przetwarzanie ICL skierowanych do TFO i zidentyfikowaliśmy HMGB1 jako kofaktor naprawy przez wycinanie nukleotydów (NER)23,24. Ostatnio odkryliśmy, że HMGB1 jest związany z ICL skierowanymi przez TFO w komórkach ludzkich, a jego rekrutacja do takich zmian zależy od białka NER, XPA16. Wykazano, że ujemne superzwijanie DNA sprzyja skutecznemu usuwaniu zmian w DNA przez NER25 i odkryliśmy, że HMGB1 indukuje ujemne superzwijanie preferencyjnie na skierowanych do TFO substratach plazmidowych zawierających ICL (w stosunku do substratów plazmidów nieuszkodzonych)16, zapewniając lepsze zrozumienie potencjalnej roli (ról) HMGB1 jako kofaktora NER. Przetwarzanie ICL w komórkach ludzkich nie jest w pełni zrozumiałe; w związku z tym techniki i testy opracowane w oparciu o narzędzia molekularne opisane w niniejszym dokumencie mogą prowadzić do identyfikacji dodatkowych białek zaangażowanych w naprawę ICL, które z kolei mogą służyć jako cele farmakologiczne, które można wykorzystać do poprawy skuteczności schematów chemioterapii raka.
Tutaj omówiono skuteczne podejście do oceny efektywności formowania ICL kierowanego przez TFO w plazmidowym DNA poprzez denaturację elektroforezy w żelu agarozowym. Ponadto, wykorzystując plazmidy zawierające ICL skierowane przez TFO, opisano techniki określania związku HMGB1 z plazmidami uszkodzonymi przez ICL w kontekście komórkowym przy użyciu zmodyfikowanych testów ChIP. Ponadto ustalono łatwą metodę badania modyfikacji topologicznych wprowadzanych przez białko architektoniczne HMGB1, w szczególności na uszkodzonych przez ICL substratach plazmidowych w lizatach komórek ludzkich, przeprowadzając testy superzwijania za pomocą dwuwymiarowej elektroforezy w żelu agarozowym. Opisane techniki mogą być wykorzystane do pogłębienia wiedzy na temat udziału białek naprawczych i architektonicznych DNA w przetwarzaniu ukierunkowanych uszkodzeń DNA na plazmidach w komórkach ludzkich.
Opisujemy szczegółowe protokoły tworzenia specyficznych dla miejsca PSORALEN ICL na plazmidowym DNA, a następnie plazmidowe testy ChIP i supercoilingu w celu identyfikacji białek, które wiążą się ze zmianami chorobowymi, oraz białek, które zmieniają topologię DNA. Testy te można modyfikować tak, aby działały z innymi czynnikami uszkadzającymi DNA, TFO, substratami plazmidowymi i interesującymi liniami komórkowymi ssaków. W rzeczywistości wykazaliśmy, że istnieje co najmniej jedno potencjalne unikalne i wysoce powinowactwo do wiązania TFO w każdym opisanym genie w ludzkim genomie26. Jednak dla jasności opisaliśmy te techniki użycia specyficznego TFO sprzężonego z psoralenem (pAG30) na specyficznym plazmidzie reporterowym mutacji (pSupFG1) w ludzkich komórkach U2OS, jak zastosowaliśmy w Mukherjee i Vasquez, 201616.