$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Oprócz typowej podwójnej helisy Watsona-Cricka, kwasy nukleinowe mogą przyjmować różne struktury drugorzędowe, takie jak alternatywna forma G-quadruplex (G4), ze względu na ich bogate w guaninę sekwencje. Struktura G4 opiera się na tworzeniu płaskich tetramerów, zwanych G-tetradami, w których cztery guaniny oddziałują poprzez wiązania wodorowe Hoogsteena. G-tetrady są ułożone w stos i dalej stabilizowane przez jednowartościowe kationy, które są skoordynowane w środku rdzenia guaniny (Rysunek 1)1.

Rysunek 1: Schematyczne przedstawienie struktury G-quadruplex. (A) Schematyczne przedstawienie G-tetrady. Układ płaski jest stabilizowany przez parowanie zasad Hoogsteena i przez kation centralny (M+). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Sekwencje z czterema lub więcej przebiegami co najmniej dwóch następujących po sobie nukleotydów guaniny są potencjalnymi sekwencjami tworzącymi G-kwadrupleksy (PQS), które mogą się fałdować w strukturach G-kwadrupleksu. PQS znajdują się w wielu różnych kontekstach komórkowych, takich jak telomery, promotory genów, rybosomalne DNA i miejsca rekombinacji, i biorą udział w regulacji wielu procesów biologicznych2. W związku z tym identyfikacja i eksperymentalna walidacja G4 w ludzkim genomie, która jest obecnie przeprowadzana głównie za pomocą narzędzi obliczeniowych, jest kwestią istotną z biologicznego punktu widzenia3. W celu wsparcia przewidywań obliczeniowych lub wykrycia nieprzewidzianych struktur G4, przedstawiono tutaj dostępną metodę opartą na mapowaniu chemicznym w celu identyfikacji formacji G4 w matrycy DNA, umożliwiającą precyzyjną identyfikację guaniny tworzącej strukturę G-tetrad.
Zgłoszony test mapowania chemicznego wykorzystuje różną reaktywność bis-3-chloropiperydyn (B-) z guaninami po powstaniu struktur G4. Ze względu na ich wysoką reaktywność z nukleofilami4,5,6,7,8,9, B-CePs są środkami alkilującymi kwasy nukleinowe, które mają zdolność do bardzo efektywnej reakcji z pozycją N7 nukleotydów guaniny10. Po alkilacji następuje deprydacja i rozszczepienie nici w jedno- i dwuniciowych konstruktach DNA. Wręcz przeciwnie, guaniny biorące udział w tworzeniu G-tetrad w układach G4 są odporne na alkilowanie B-, ponieważ pozycja N7 guaniny jest zaangażowana w wiązania wodorowe Hoogsteena. Ta specyficzna reaktywność B-pozwala nie tylko na wykrycie struktur G4, ale także na identyfikację guaniny tworzących tetradę, ponieważ można je wywnioskować z ich względnej ochrony przed alkilacją w porównaniu z guaninami w jedno- i dwuniciowym DNA.
Protokół mapowania chemicznego jest tutaj opisany przy użyciu B-1 (Rysunek 2A) jako sondy do charakterystyki aptameru wiążącego trombinę (TBA), 15-merowego DNA zdolnego do przyjęcia układu G4 w obecności kationów potasu11,12. Układ G4 TBA (G4-TBA) jest bezpośrednio porównywany z dwiema kontrolami, a mianowicie TBA w postaci jednoniciowej (ssTBA) i TBA wyżarzonym do sekwencji komplementarnej w celu utworzenia konstruktu dwuniciowego (dsTBA) (Tabela 1). Produkty reakcji sondowania są rozpuszczane za pomocą elektroforezy w żelu poliakrylamidowym o wysokiej rozdzielczości (PAGE) na poziomie pojedynczego nukleotydu poprzez lokalizację poszczególnych adduktów alkilacyjnych i rozszczepienia nici DNA na alkilowanych guaninach. Wizualizacja na żelu jest możliwa dzięki koniugacji oligonukleotydu TBA z fluoroforem na jego końcu 3' (Tabela 1). Protokół ten pokazuje, jak złożyć TBA w różnych konformacjach (G4 i kontrole) oraz jak przeprowadzić reakcje sondowania za pomocą B-, a następnie PAGE.