$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
В дополнение к типичной двойной спирали Уотсона-Крика, нуклеиновые кислоты могут принимать различные вторичные структуры, такие как альтернативная форма G-квадруплекса (G4), из-за их богатых гуанином последовательностей. Структура G4 основана на образовании плоских тетрамеров, называемых G-тетрадами, в которых четыре гуанина взаимодействуют через водородные связи Хугстина. G-тетрады укладываются друг на друга и дополнительно стабилизируются одновалентными катионами, которые координируются в центре гуанинового ядра (рис. 1)1.

Рисунок 1: Схематическое изображение G-квадруплексной структуры. (A) Схематическое изображение G-тетрады. Планарная решетка стабилизируется спариванием оснований по Хугстину и центральным катионом (M+). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Последовательности, содержащие четыре или более последовательных прогонов, по крайней мере, двух последовательных гуаниновых нуклеотидов, являются потенциальными G-квадруплекс-образующими последовательностями (PQS), которые могут сворачиваться в G-квадруплексные структуры. PQS расположены во многих различных клеточных контекстах, таких как теломеры, промоторы генов, рибосомная ДНК и рекомбинационные сайты, и участвуют в регуляции многих биологическихпроцессов. Таким образом, идентификация и экспериментальная проверка G4 в геноме человека, которая в настоящее время осуществляется в основном с помощью вычислительных инструментов, является биологически значимойпроблемой. Для поддержки вычислительных прогнозов или обнаружения непредсказанных структур G4 здесь показан доступный метод, основанный на химическом картировании, для идентификации образования G4 в матрице ДНК, позволяющий точно идентифицировать гуанины, образующие структуру G-тетрады.
В представленном химическом картированном анализе используется различная реакционная способность бис-3-хлорпиперидинов (B-CeP) с гуанинами после образования структур G4. Благодаря своей высокой реакционной способности с нуклеофилами 4,5,6,7,8,9, B-CeP являются алкилирующими агентами нуклеиновых кислот, обладающими способностью очень эффективно реагировать с положением N7гуаниновых нуклеотидов10. Алкилирование сопровождается депуринацией и расщеплением цепей в одноцепочечных и двухцепочечных конструкциях ДНК. Напротив, гуанины, участвующие в образовании G-тетрад в G4-расположениях, невосприимчивы к алкилированию B-CeP, так как положение N7 гуанинов вовлечено в водородные связи Хугстина. Эта специфическая реакционная способность B-CeP позволяет не только обнаруживать структуры G4, но и идентифицировать гуанины, образующие тетраду (тетрады), поскольку они могут быть выведены из их относительной защиты от алкилирования по сравнению с гуанинами в одноцепочечной и двухцепочечной ДНК.
Протокол химического картирования представлен здесь с использованием B-CeP 1 (рис. 2A) в качестве зонда для характеристики тромбин-связывающего аптамера (TBA), 15-мерной ДНК, способной принимать расположение G4 в присутствии катионов калия11,12. Расположение G4 TBA (G4-TBA) напрямую сравнивается с двумя контрольными группами, а именно TBA в одноцепочечной форме (ssTBA) и TBA, отожженной до ее комплементарной последовательности с образованием двухцепочечной конструкции (dsTBA) (табл. 1). Продукты зондирующих реакций растворяются с помощью электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE) высокого разрешения на однонуклеотидном уровне путем локализации отдельных аддуктов алкилирования и расщепления цепей ДНК на алкилированных гуанинах. Визуализация на геле обеспечивается конъюгацией олигонуклеотида TBA с флуорофором на его 3'-конце (табл. 1). В этом протоколе показано, как сворачивать TBA в различных конформациях (G4 и контроль), а также как проводить зондирующие реакции с B-CeP с последующим PAGE.