Oprócz typowej podwójnej helisy Watsona-Cricka, kwasy nukleinowe mogą przybierać różne struktury drugorzędowe, takie jak alternatywna forma kwadrupleksu G (G4), ze względu na ich sekwencje bogate w guaninę. Struktura G4 opiera się na tworzeniu płaskich tetramerów, zwanych tetradami G, w których cztery guaniny oddziałują za pomocą wiązań wodorowych Hoogsteena. Tetrady G są ułożone warstwowo i dodatkowo stabilizowane przez kationy jednowartościowe, które są koordynowane w centrum rdzenia guaniny (Rysunek 1)1.

Rysunek 1: Schematyczna reprezentacja struktury G-kwadrupleksu. (A) Schematyczna reprezentacja G-tetrady. Układ płaski jest stabilizowany przez pary zasad Hoogsteena oraz centralny kation (M+). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Sekwencje zawierające cztery lub więcej serii co najmniej dwóch następujących po sobie nukleotydów guaniny są potencjalnymi sekwencjami tworzącymi G-kwadrupleksy (PQSs), które mogą zwijać się w struktury G-kwadrupleksowe. PQSs znajdują się w wielu różnych kontekstach komórkowych, takich jak telomery, promotory genów, rybosomalny DNA oraz miejsca rekombinacji, i biorą udział w regulacji wielu procesów biologicznych2. W związku z tym identyfikacja i eksperymentalna walidacja G4 w ludzkim genomie, przeprowadzana obecnie głównie za pomocą narzędzi obliczeniowych, jest kwestią istotną biologicznie3. Aby wesprzeć przewidywania obliczeniowe lub wykryć nieprzewidziane struktury G4, zaprezentowano tutaj przystępną metodę opartą na mapowaniu chemicznym w celu identyfikacji formowania G4 w matrycy DNA, umożliwiającą precyzyjne określenie guanin tworzących strukturę G-tetradową.
Opisany test mapowania chemicznego wykorzystuje różną reaktywność bis-3-chloropiperydyn (B-CePs) z guaninami po sformowaniu struktur G4. Ze względu na wysoką reaktywność z nukleofilami4,5,6,7,8,9, B-CePs są czynnikami alkilującymi kwasy nukleinowe, które mogą bardzo efektywnie reagować z pozycją N7 nukleotydów guaniny10. Alkilowaniu towarzyszy depurynacja i pękanie nici w konstrukcjach DNA jednoniciowego i dwuniciowego. Z kolei guaniny biorące udział w tworzeniu tetrad G w strukturach G4 są odporne na alkilację przez B-CeP, ponieważ pozycja N7 guanin jest zaangażowana w wiązania wodorowe Hoogsteena. Ta specyficzna reaktywność B-CePs pozwala nie tylko na detekcję struktur G4, ale także na identyfikację guanin tworzących tetradę(y), gdyż można je wywnioskować z ich względnej ochrony przed alkilacją w porównaniu z guaninami w DNA jednoniciowym i dwuniciowym.
W niniejszym dokumencie przedstawiono protokół mapowania chemicznego z wykorzystaniem B-CeP 1 (Rycina 2A) jako sondę do charakteryzacji aptameru wiążącego trombinę (TBA), 15-merowego DNA zdolnego do przyjmowania struktury G4 w obecności kationów potasu11,12Strukturę G4 TBA (G4-TBA) porównano bezpośrednio z dwiema kontrolami: TBA w formie jednoniciowej (ssTBA) oraz TBA przyłączoną do swojej sekwencji komplementarnej w celu utworzenia konstrukcji dwuniciowej (dsTBA) (Tabela 1). Produkty reakcji sondowania rozdziela się za pomocą wysokorozdzielczej elektroforezy w żelu poliakrylamidowym (PAGE) z rozdzielczością do pojedynczego nukleotydu, lokalizując poszczególne addukty alkilacyjne oraz pęknięcia nici DNA w miejscach alkilowanych guanin. Wizualizacja na żelu jest możliwa dzięki koniugacji oligonukleotydu TBA z fluoroforem na jego końcu 3' (Tabela 1). Niniejszy protokół przedstawia sposób zwijania TBA w jego różnych konformacjach (G4 oraz kontrole), a także sposób przeprowadzania reakcji sondowania z użyciem B-CePs z późniejszą analizą metodą PAGE.