Ir al menú de navegación principal Ir al contenido principal Ir al pie de página del sitio

SECCIÓN A: CIENCIAS EXACTAS

Vol. 3 Núm. 2 (2011): Número especial por el Año Internacional de la Química

ADN G-cuádruple: caracterización inicial de los mecanismos de formación de oligómeros por mecánica molecular

DOI
https://doi.org/10.18272/aci.v3i2.67
Enviado
julio 29, 2015

Resumen

La fabricación de nanoestructuras usando ADN como material para construir sistemas capaces de realizar funciones complejas es una frontera en continua exploración. En este artículo se reporta la caracterización detallada a nivel atómico de unidades de G-cuádruple para obtener una mejor comprensión de cómo estas unidades se pueden auto ensamblar en oligómeros tipo G-cuádruple entrelazado (interlocked G-quadruplexes). Para esto se utilizaron métodos de modelación con mecánica molecular. Previamente reportamos la construcción de G-cuádruple entrelazados por un procedimiento térmico cíclico (similar en implementación al usado para el ciclado de un protocolo de PCR) partiendo de la secuencia 5"™-TGGG-3"™. Basados en nuestros datos experimentales reportados anteriormente se construyeron modelos para las estructuras y se minimizaron y analizaron vía mecánica molecular para entender los factores que determinan la estructura más estable. Se encontró que la identidad de los extremos 5"™y 3"™de los oligonucleótidos es de importancia fundamental en la estabilidad de los ensambles de ADN en el estudio. Además, los cationes en las regiones donde el grado de impedimento estérico permite más espacio para los mismos, pueden jugar un rol significativo en la dinámica de la conformación de la supramolecula en esos sitios, posiblemente limitando el auto ensamblaje de la estructura. En resumen, los resultados permiten mejorar la comprensión de este sistema a escala molecular permitiendo desarrollar procedimientos más eficientes para el control de la fabricación de nanoestructuras basadas en DNA G-cuádruple.

viewed = 2414 times

Citas

  1. Seeman, N. 2007. An overview of structural DNA nanotechnology. Molecular Biotechnology. 37 (3), 246-257.
  2. Dutta, K.; Fujimoto, T. 2010. Development of New Functional Nanostructures Consisting of Both DNA Duplex and Quadruplex. Chem. Commun. 46 (41), 7772-7774.
  3. Pal, S.; Deng, Z. 2010. DNA-Origami-Directed Self-Assembly of Discrete Silver-Nanoparticle Architectures. Angewandte Chemie International Edition. 49 (15), 2700-2704.
  4. Sadhasivam, S.; Yun, K. 2010. DNA Self-Assembly: Prospectus and Its Future Application. Journal of Materials Science. 45 (10), 2543-2552.
  5. Wilner, O. I.; Henning, A. 2010. Covalently Linked DNA Nanotubes. 10 (4), 1458-1465.
  6. Andersen, E. S.; Dong, M. 2009. Self-Assembly of aNanoscale DNA Box with a Controllable Lid. Nature. 459 (7243), 73-76.
  7. Dietz, H.; Douglas, S. 2009. Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes. Science. 325 (5941), 725-730.
  8. Ke, Y.; Sharma, J. 2009. Scaffolded DNA Origami of a DNA Tetrahedron Molecular Container. Nano Letters. 9 (6), 2445-2447.
  9. Pisano, S.; Varra, M. 2008. Superstructural Self-Assembly of the G-quadruplex Structure Formed by the Homopurine Strand in a DNA Tract of Human Telomerase Gene Promoter. Biophys. Chem. 136 (2-3), 159-163.
  10. Bath, J.; Turberfield, A. J. 2007. DNA Nanomachines. Nature Nanotechnology. 2 (5), 275-284.
  11. Lin, C.; Liu, Y. 2006. DNA Tile Based Self-assembly: Building Complex Nanoarchitectures. ChemPhysChem. 7 (8), 1641-1647.
  12. Niemeyer, C. M.; Simon, U. 2005. DNA-Based Assembly of Metal Nanoparticles. European Journal of Inorganic Chemistry 2005 (18), 3641-3655.
  13. Bates, P.; Mergny, J. 2007. Quartets in G-major. The First International Meeting on Quadruplex DNA. In EMBO Rep, England. Vol. 8, pp 1003-10.
  14. Mendez, M. A.; Szalai, V. A. 2009. Fluorescence of Unmodified Oligonucleotides: A Tool to Probe G-quadruplex DNA Structure. Biopolymers. 91 (10), 841-850.
  15. Miyoshi, D.; Karimata, H. 2007. Artificial G-wire Switches with 2, 2'-Bipyridine Units Responsive to Divalent Metal Ions. J. Am. Chem. Soc. 129, 5919-5925.
  16. Alberti, P.; Bourdoncle, A. 2006. DNA Nanomachines and Nanostructures Involving Quadruplexes. Org. Biomol. Chem. 4, 3383-3391.
  17. Krishnan-Ghosh, Y.; Liu, D. 2004. Formation of an Interlocked Quadruplex Dimer by D (GGGT). J Am Chem Soc. 126, 11009-11016.
  18. Lu, X. -J.; Olson, W. K. 2008. 3dna: A Versatile, Integrated Software System for the Analysis, Rebuilding and Visualization of Three-Dimensional Nucleic-Acid Structures. 3 (7), 1213-1227.
  19. Parkinson, G. N.; Lee, M. 2002. Crystal Structure of Parallel Quadruplexes from Human Telomeric DNA. Nature. 417, 876-880.
  20. Haider, S.; Parkinson, G. 2002. Crystal Structure of the Potassium Form of an Oxytricha Nova G-quadruplex. J. Mol. Biol. 320, 189-200.
  21. Lim, K. W.; Alberti, P. 2009. Sequence Variant (CTAGGG) n in the Human Telomere Favors a G-quadruplex Structure containing a G: C: G: C Tetrad. Nucleic Acids Research. 37 (18), 6239-6248.
  22. Viladoms, J.; Escaja, N. 2010. Self-Association of Cyclic Oligonucleotides through G: T: G: T Minor Groove Tetrads. Tetrahedron Young Investigator Award 2010: Professor Seeberger, Tetrahedron. 2010, 18 (11), 40674073.
  23. Webba daSilva, M. 2003. Association of DNA Quadruplexes through G: C: G: C Tetrads. Solution Structure of D (GCGGTGGAT). Biochemistry 42 (49), 14356-14365.
  24. Escaja, N.; Pedroso, E. 2000. Dimeric Solution Structure ofTwo Cyclic Octamers: Four-stranded DNA Structures Stabilized by A: T: A: T and G: C: G: C Tetrads. J. Am. Chem. Soc. 122, 12732-12742.
  25. Gu, J.; Leszczynski, J. 2000. Structures and Properties of the Planar G: C: G: C Tetrads: Ab initio HF and DFT Studies. J. Phys. Chem. A. 104, 7353-7358.
  26. Gray, D. M.; Wen, J. 2007. Measured and Calculated CD Spectra of G-quartets Stacked with the Same or Opposite Polarities. Chirality.
  27. Nagatoishi, S.; Tanaka, Y. 2007. Circular Dichroism Spectra Demonstrate Formation of the Thrombinbinding DNA Aptamer G-quadruplex under Stabilizing-Cation-Deficient Conditions. Biochem Biophys Res Commun. 352 (3), 812-7.
  28. Fasman, G. D. 1996. Circular Dichroism and the Conformational Analysis of Biomolecules. Plenum Press: New York. p ix, 738 p.
  29. Hud, N. V; Schultze, P. 1999. Binding Sites and Dynamics of Ammonium Ions in a Telomere Repeat DNA Quadruplex. J. Mol. Biol. 285, 233-243.
  30. Hud, N. V; Schultze, P. 1998. Ammonium Ion as an NMR Probe for Monovalent Cation Coordination Sites of DNA Quadruplexes. Journal of the American Chemical Society. 120 (25), 6403-6404..
  31. vanMourik, T.; Dingley, A. J. 2005. Characterization of the Monovalent Ion Position and Hydrogen-bond Network in Guanine Quartets by DFT Calculations of NMR Parameters. Chemistry. 11 (20), 6064-79.
  32. Andreatta, D.; Sen, S. 2006. Ultrafast Dynamics in DNA: "Fraying" at the End of the Helix. 128 (21), 6885-6892.