Dosežek

Mednarodna skupina, v kateri sta sodelovala Marko Trajkovski in prof. dr. Janez Plavec iz Nacionalnega centra za NMR spektroskopijo visoke ločljivosti na Kemijskem inštitutu, je ugotovila način in postavila pravila zlaganja gvaninskih nukleotidov v oligonukleotidni verigi. Z gvanini bogata oligonukleotidna zaporedja igrajo pomembno vlogo pri izražanju genov in v procesih staranja, dognane zakonitosti pa pomenijo korak naprej tudi pri načrtovanju nanonapravic. Rezultati študije so bili objavljeni v reviji Angewandte Chemie International Edition.

 

 
2'-deoksigvanozin je eden od štirih nukleozidov, ki jih najdemo v dednem zapisu DNK in je sestavljen iz sladkorja 2'-deoksiriboze in purinske baze gvanina. Gvanozin nastopa v dveh konformacijah; v anti je gvanin obrnjen stran od sladkorja, v sin konformaciji pa je nad sladkorjem. G-kvadrupleksi so DNK strukture sestavljene iz štirih pramenov, katerih osnovni strukturni element je G-kvartet, ki ga sestavljajo štirje z vodikovimi vezmi povezani gvaninski nukleotidi. Razporeditev konformacij okoli glikozidnih vezi v G-kvadrupleksih določa 3D strukturo, ki je v tesni zvezi s funkcijo teh nukleotidnih zaporedij v celici. Do sedaj je prihajalo do odkritij novih struktur G-kvadrupleksov naključno. V tem delu so avtorji z načrtovanjem nove G-kvadrupleksne strukture pokazali splošno uporabnost metodologije, ki so jo napovedali za zvijanje G-kvadrupleksov. Napoved zvitja v predvideno topologijo so eksperimentalno verificirali s sintezo oligonukleotida (d[G₃TG₃T₄G₃T₃G₃]), ki so mu določili 3D strukturo z uporabo NMR v raztopini. V NOESY spektru so vidne korelacije med protoni, ki so si prostorsko blizu. Velja, da je intenziteta signalov sorazmerna z razdaljo med protoni. Konformacija gvanozina vpliva na razdaljo med H1' in H8 atomoma, kar se odraža na intenziteti signalov v NOESY spektru. Nadalje povezave H1' določenega nukleotida in H8 sosednjega nukleotida v oligonukleotidnem zaporedju v NOESY spektru omogočajo asignacijo signalov, ki je pogoj za določitev 3D strukture. Napoved in eksperimentalna potrditev topologije, v katero se zvije oligonukleotid (d[G₃TG₃T₄G₃T₃G₃]) dokazuje, da predlagani racionalni pristop omogoča usmerjanje zvijanja G-kvadrupleksov in s tem kontrolo njihove 3D strukture.

Slika 1:  Shematski prikaz topologije G-kvadrupleksa, ki ga tvori zaporedje d[G₃TG₃T₄G₃T₃G₃], katerega zvitje je bila regulirano z razporeditvijo sin (zasenčeni kvadrati) in anti (črni kvadrati) konformacij gvanozinov in z dolžino in posledično vrsto zank (v modri, rdeči in zeleni barvi). V NOESY spektru na desni (mešalni čas 300 ms, v H₂O pri 278 K) je pet najbolj intenzivnih signalov potrdilo sin konformacijo gvanozinov 1, 5, 12, 13 in 18. Sekvenčne povezave so označene s črnimi črtami.