TẠO ENZYME NUCLEASE CÓ KHẢ NĂNG NHẬN DIỆN CẤU TRÚC G-QUADRUPLEX SONG SONG VÀ CẮT DNA TẠI VỊ TRÍ ĐẶC HIỆU

Đặng Thanh Dũng

doi:10.34238/tnu-jst.7490

TẠO ENZYME NUCLEASE CÓ KHẢ NĂNG NHẬN DIỆN CẤU TRÚC G-QUADRUPLEX SONG SONG VÀ CẮT DNA TẠI VỊ TRÍ ĐẶC HIỆU

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 07/03/23 Ngày hoàn thiện: 16/05/23 Ngày đăng: 16/05/23

Các tác giả

Đặng Thanh Dũng , Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

G-quadruplex là cấu trúc bậc 2 của DNA hay RNA mà đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học như sao chép, phiên mã, dịch mã và kéo dài các telomeres. Do đó, cấu trúc G-quadruplex được xem như một phân tử mục tiêu trong việc thiết kế các thuốc trúng đích ứng dụng trong y sinh. Trong nghiên cứu này, nuclease mới được phát triển có khả năng nhắm mục tiêu G-quadruplex song song và thực hiện chức năng cắt tại vị trí đặc hiệu. Enzyme mới được tạo ra bằng phương pháp kết hợp phân tử peptit RHAU53 có khả năng nhận diện G-quadruplex song song với vùng protein xúc tác cắt của Fok1, tạo nên protein dung hợp RHAU53-Fok1. Protein dung hợp này có thể được biểu hiện trong hệ thống E. coli dưới sự cảm ứng của IPTG và được tinh chế bằng sắc ký ái lực với cột His. Đặc biệt, RHAU53-Fok1 có thể nhận diện và bám đặc hiệu vào cấu trúc G-quadruplex song song và cắt DNA sợi kép bên cạnh cấu trúc đó. Enzyme cắt DNA ở nhiều vị trí cho ra 1 sản phẩm chính và các sản phẩm phụ. Enzyme mới này được xem là công cụ tiềm năng cho việc lập bản đồ vị trí cấu trúc G-quadruplex trong bộ gen.

Từ khóa

G-quadruplex; RHAU53-Fok1; Nuclease; DNA; Cắt đặc hiệu

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] M. Gellert, M. N. Lipsett, and D. R. Davies, "Helix Formation by Guanylic Acid," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 48, no. 12, pp. 2013-2018, 1962, doi: 10.1073/pnas.48.12.2013.

[2] D. Sen and W. Gilbert, "Formation of Parallel 4-Stranded Complexes by Guanine-Rich Motifs in DNA and Its Implications for Meiosis," Nature, vol. 334, no. 6180, pp. 364-366, 1988, doi: 10.1038/334364a0.

[3] S. Burge, G. N. Parkinson, P. Hazel, A. K. Todd, and S. Neidle, "Quadruplex DNA: sequence, topology and structure," Nucleic Acids Research, vol. 34, no. 19, pp. 5402-5415, 2006, doi: 10.1093/nar/gkl655.

[4] H. J. Lipps and D. Rhodes, "G-quadruplex structures: in vivo evidence and function," Trends in Cell Biology, vol. 19, no. 8, pp. 414-422, 2009, doi: 10.1016/j.tcb.2009.05.002.

[5] N. Maizels and L. T. Gray, "The G4 genome," PLoS Genet, vol. 9, no. 4, 2013, Art. no. e1003468, doi: 10.1371/journal.pgen.1003468.

[6] G. N. Parkinson, M. P. H. Lee, and S. Neidle, "Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA," Nature, vol. 417, no. 6891, pp. 876-880, 2002, doi: 10.1038/nature755.

[7] D. J. Patel, A. T. Phan, and V. Kuryavyi, "Human telomere, oncogenic promoter and 5'-UTR G-quadruplexes: Diverse higher order DNA and RNA targets for cancer therapeutics," Nucleic Acids Research, vol. 35, no. 22, pp. 7429-7455, 2007, doi: 10.1093/nar/gkm711.

[8] S. Balasubramanian, L. H. Hurley, and S. Neidle, "Targeting G-quadruplexes in gene promoters: a novel anticancer strategy?," Nat Rev Drug Discov, vol. 10, no. 4, pp. 261-275, 2011, doi: 10.1038/nrd3428.

[9] D. Lin et al., "A benzindole substituted carbazole cyanine dye: a novel targeting fluorescent probe for parallel c-myc G-quadruplexes," Analyst, vol. 140, no. 16, pp. 5772-5780, 2015, doi: 10.1039/c5an00866b.

[10] C. K. Kwok, Y. Ding, S. Shahid, S. M. Assmann, and P. C. Bevilacqua, "A stable RNA G-quadruplex within the 5'-UTR of Arabidopsis thaliana ATR mRNA inhibits translation," Biochem J, vol. 467, no. 1, pp. 91-102, 2015, doi: 10.1042/BJ20141063.

[11] S. P. P. Pany, M. Sapra, J. Sharma, V. Dhamodharan, S. Patankar, and P. I. Pradeepkumar, "Presence of Potential G-Quadruplex RNA-Forming Motifs at the 5'-UTR of PP2Acalpha mRNA Repress Translation," Chembiochem, 2019, doi: 10.1002/cbic.201900336.

[12] R. Simone, P. Fratta, S. Neidle, G. N. Parkinson, and A. M. Isaacs, "G-quadruplexes: Emerging roles in neurodegenerative diseases and the non-coding transcriptome," Febs Lett, vol. 589, no. 14, pp. 1653-1668, 2015, doi: 10.1016/j.febslet.2015.05.003.

[13] D. Ji, M. Juhas, C. M. Tsang, C. K. Kwok, Y. Li, and Y. Zhang, "Discovery of G-quadruplex-forming sequences in SARS-CoV-2," Brief Bioinform, vol. 22, no. 2, pp. 1150-1160, 2021, doi: 10.1093/bib/bbaa114.

[14] C. Zhao et al., "Targeting RNA G-Quadruplex in SARS-CoV-2: A Promising Therapeutic Target for COVID-19?," Angew Chem Int Ed Engl, vol. 60, no. 1, pp. 432-438, 2021, doi: 10.1002/anie.202011419.

[15] L. T. A. Nguyen and D. T. Dang, "RHAU Peptides Specific for Parallel G-Quadruplexes: Potential Applications in Chemical Biology," Mol Biotechnol, vol. 65, no. 3, pp. 291-299, 2023, doi: 10.1007/s12033-022-00552-7.

[16] J. L. Mergny and C. Helene, "G-quadruplex DNA: A target for drug design," Nature Medicine, vol. 4, no. 12, pp. 1366-1367, 1998, doi: 10.1038/3949.

[17] H. Y. Han and L. H. Hurley, "G-quadruplex DNA: a potential target for anti-cancer drug design," Trends in Pharmacological Sciences, vol. 21, no. 4, pp. 136-142, 2000, doi: 10.1016/S0165-6147(00)01457-7.

[18] S. M. Kerwin, "G-quadruplex DNA as a target for drug design," Current Pharmaceutical Design, vol. 6, no. 4, pp. 441-471, 2000, doi: 10.2174/1381612003400849.

[19] S. M. Kerwin, B. Mamiya, C. Brian, T. Fletcher, J. T. Kern, and P. W. Thomas, "G-quadruplex DNA as a target for drug discovery: Design of telomerase inhibitors based on G-quadruplex DNA structure and dynamics," Abstracts of Papers of the American Chemical Society, vol. 219, pp. U6-U6, Mar 26 2000.

[20] S. D. Creacy, E. D. Routh, F. Iwamoto, Y. Nagamine, S. A. Akman, and J. P. Vaughn, "G4 resolvase 1 binds both DNA and RNA tetramolecular quadruplex with high affinity and is the major source of tetramolecular quadruplex G4-DNA and G4-RNA resolving activity in HeLa cell lysates," J Biol Chem, vol. 283, no. 50, pp. 34626-34634, 2008, doi: 10.1074/jbc.M806277200.

[21] B. Heddi, V. V. Cheong, H. Martadinata, and A. T. Phan, "Insights into G-quadruplex specific recognition by the DEAH-box helicase RHAU: Solution structure of a peptide-quadruplex complex," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 112, no. 31, pp. 9608-9613, 2015, doi: 10.1073/pnas.1422605112.

[22] M. C. Chen et al., "Structural basis of G-quadruplex unfolding by the DEAH/RHA helicase DHX36," Nature, vol. 558, no. 7710, pp. 465-469, 2018, doi: 10.1038/s41586-018-0209-9.

[23] B. Heddi, V. V. Cheong, E. Schmitt, Y. Mechulam, and A. T. Phan, "Recognition of different base tetrads by RHAU (DHX36): X-ray crystal structure of the G4 recognition motif bound to the 3'-end tetrad of a DNA G-quadruplex," J Struct Biol, vol. 209, no. 1, 2020, Art. no. 107399, doi: 10.1016/j.jsb.2019.10.001.

[24] D. T. Dang, L. T. A. Nguyen, T. T. T. Truong, H. D. Nguyen, and A. T. Phan, "Construction of a G-quadruplex-specific DNA endonuclease," Chem Commun (Camb), vol. 57, no. 37, pp. 4568-4571, 2021, doi: 10.1039/d0cc05890d.

[25] D. T. Dang and A. T. Phan, "Development of Fluorescent Protein Probes Specific for Parallel DNA and RNA G-Quadruplexes," Chembiochem, vol. 17, no. 1, pp. 42-45, 2016, doi: 10.1002/cbic.201500503.

[26] D. T. Dang and A. T. Phan, "Development of a ribonuclease containing a G4-specific binding motif for programmable RNA cleavage," Sci Rep, vol. 9, no. 1, p. 7432, 2019, doi: 10.1038/s41598-019-42143-8.

[27] T. T. Thi Truong, C. Cao, and D. T. Dang, "Parallel G-quadruplex-mediated protein dimerization and activation," RSC Adv, vol. 10, no. 50, pp. 29957-29960, 2020, doi: 10.1039/d0ra06173e.

[28] K. Y. Hu, J. A. Wuu, H. C. Kao, Y. T. Liu, and S. H. Pai, "Isolation and characterization of a newly identified type II restriction endonuclease from a local Streptomyces sp. in Taiwan," Applied Biochemistry and Biotechnology, vol. 73, no. 2-3, pp. 231-241, 1998, doi: 10.1007/Bf02785658.

[29] Y. G. Kim, J. Cha, and S. Chandrasegaran, "Hybrid restriction enzymes: zinc finger fusions to Fok I cleavage domain," Proc Natl Acad Sci U S A, vol. 93, no. 3, pp. 1156-60, 1996, doi: 10.1073/pnas.93.3.1156.

[30] F. D. Urnov, J. C. Miller, Y. L. Lee, C. M. Beausejour, M. J. Rock, S. Augustus, A. C. Jamieson, M. H. Porteus, P. D. Gregory, and M. C. Holmes, "Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases," Nature, vol. 435, no. 7042, pp. 646-651, 2005, doi: 10.1038/nature03556.

[31] J. P. Guilinger, D. B. Thompson, and D. R. Liu, "Fusion of catalytically inactive Cas9 to FokI nuclease improves the specificity of genome modification," Nat Biotechnol, vol. 32, no. 6, pp. 577-582, 2014, doi: 10.1038/nbt.2909.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.7490

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ