Double résonance électron-électron (DEER) dans l'analyse de la structure de l'ADN - Applications EPR (ESR)

Depuis les années 1950, lorsque Watson et Crick ont ​​proposé la structure classique en double hélice de l’ADN, l’ADN est au cœur de la recherche en sciences de la vie. Le nombre des quatre bases de l'ADN et leur ordre de disposition conduisent à la diversité des gènes, et leur structure spatiale affecte l'expression des gènes.

En plus de la structure traditionnelle en double hélice de l'ADN, des études ont identifié une structure spéciale d'ADN à quatre brins dans les cellules humaines, le G-quadruplex, une structure de haut niveau formée par le repliement d'ADN ou d'ARN riche en répétitions en tandem de guanine (G ), qui est particulièrement élevée dans les quadruplexes G à division rapide, est particulièrement abondante dans les cellules à division rapide (par exemple, les cellules cancéreuses). Par conséquent, les G-quadruplex peuvent être utilisés comme cibles médicamenteuses dans la recherche anticancéreuse. L'étude de la structure du G-quadruplex et de son mode de liaison aux agents de liaison est importante pour le diagnostic et le traitement des cellules cancéreuses.

Représentation schématique de la structure tridimensionnelle du G-quadruplex.
Source de l'image : Wikipédia

Double résonance électron-électron (DEER)

La méthode EPR dipolaire pulsée (PDEPR) a été développée comme un outil fiable et polyvalent pour la détermination de structure en biologie structurale et chimique, fournissant des informations sur la distance à l'échelle nanométrique par les techniques PDEPR. Dans les études de structure du G-quadruplex, la technique DEER combinée au marquage de spin dirigé sur le site (SDSL) peut distinguer les dimères du G-quadruplex de différentes longueurs et révéler le modèle de liaison des agents de liaison du G-quadruplex au dimère.

Différenciation de dimères G-quadruplex de différentes longueurs à l'aide de la technologie DEER

En utilisant Cu(pyridine)4 comme marqueur de spin pour la mesure de distance, le complexe plan tétragonal Cu(pyridine)4 a été lié de manière covalente au G-quadruplex et à la distance entre deux Cu2+ paramagnétiques. dans le monomère quaternaire G empilé π a été mesuré en détectant les interactions dipôle-dipôle pour étudier la formation du dimère.

[Cu2+@A4] (TTLGGG) et [Cu2+@B4] (TLGGGG) sont deux oligonucléotides de séquences différentes, où L désigne le ligand. Les résultats DEER de [Cu2+@A4]2 et [Cu2+@B4]2 sont présentés dans les figures 1 et 2. À partir des résultats DEER, on peut obtenir que dans [Cu2+@A4]2 dimères, la distance moyenne d'un seul Cu2+ -Cu2+ est dA=2,55 nm, l'extrémité 3' du G-quadruplex forme un dimère G-quadruplex par empilement queue-queue, et l'axe gz de deux étiquettes de spin Cu2+ dans le dimère G-quadruplex est aligné parallèlement.

La distance d'empilement [Cu2+@A4]2 π est plus longue (dB-dA = 0,66 nm) par rapport aux dimères [Cu2+@A4]2. Il a été confirmé que chaque monomère [Cu2+@B4] contient un tétramère G supplémentaire, résultat en parfait accord avec les distances attendues. Ainsi, les mesures de distance par la technique DEER permettent de distinguer des dimères G-quadruplex de différentes longueurs.

Fig. 1 (A) Le spectre différentiel EPR pulsé (ligne noire) du dimère [Cu2 + @ A4] 2 et sa simulation correspondante (ligne rouge) (34 GHz, 19 K); (B) Après correction d’arrière-plan, quatre phases dans la carte du domaine temporel ad DEER de la position du champ (ligne noire) et le meilleur résultat d’ajustement obtenu à partir de PeldorFit (ligne rouge) ; (C) Distribution de distance obtenue à l’aide de PeldorFit (ligne rouge) et de simulation MD (ligne grise) ; (D) [Cu2+ Equilibrium entre le monomère @A4] et le dimère [Cu2+@A4]2. (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4939-4947)

Fig. 2 (A) Diagrammes du domaine temporel DEER (lignes noires) à quatre positions de champ après correction de fond [Cu2 + @ B4] 2 et meilleurs résultats d'ajustement obtenus à partir de PeldorFit (lignes rouges); (B) [Cu2+@B4 ] ; (C) Distribution de distance obtenue à l’aide de PeldorFit (ligne rouge) et de simulation MD (ligne grise). (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4939-4947)

Sonder le mode de liaison de l'agent de liaison G-tétramère au dimère à l'aide de la technique DEER

De nombreuses petites molécules et complexes métalliques, dotés de systèmes conjugués aromatiques planaires et de charges positives, peuvent se lier et stabiliser des structures secondaires repliées, devenant ainsi des médicaments anticancéreux potentiels.
Le chlorhydrate de N, N' -bis[2-(1-pipéridinyl)éthyl]3,4,9,10-perylènetétracarboxydicarbonyle (PIPER) est un agent liant G-quadruplex bien connu qui peut se lier et stabiliser le quadruplex par empilement, et le mode de liaison de PIPER au G-quadruplex peut être étudié par la technique DEER.

Les figures 3 et 4 montrent les résultats des expériences DEER avec différents rapports PIPER sur [Cu2+@A4]2 dimères. Les résultats montrent que lorsque le rapport des dimères PIPER sur [Cu2+@A4]2 est de 1:1 (PIPER@[Cu2+@A4]2), dP = 2,82 nm.
La distance accrue entre Cu2+-Cu2+ par rapport aux dimères [Cu2+@A4]2 purs (dA = 2,55 nm) indique que PIPER forme un complexe sandwich avec le dimère, la molécule organique planaire étant interposée entre les faces 3' des deux G. monomères tétramères. Lorsque le rapport PIPER au dimère [Cu2+@A4]2 est de 2:1 (2PIPER@[Cu2+@A4]2), d2P = 3,21 nm.
Une distance d'empilement π supplémentaire par rapport au dimère PIPER@[Cu2+@A4]2 ( dP = 2,82 nm ) indique l'insertion de deux ligands PIPER dans le dimère G-tétramère disposé queue à queue. La technique DEER peut révéler un nouveau mode de liaison de l'agent de liaison du G-tétramère PIPER, inséré dans le dimère du G-tétramère pour former des complexes intercalés.

Fig. 3 (A) Spectres dipolaires DEER avec différents rapports de dimère PIPER et [Cu2+@A4]2 (geff = 2,061) ; (B) Modulation DEER avec différents rapports de PIPER et [Cu2+@A4]2 dimères Profondeur ; (C) Équilibre du dimère [Cu2+@A4]2 et PIPER@[Cu2+@A4]2, 2PIPER@[Cu2+@A4]2, PIPER@[Cu2+@A4].
(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4939-4947)

Figure 4 (A) Spectre temporel DEER de PIPER@[Cu2+@A4]2 ; (B) Distribution de distance PIPER@[Cu2+@A4]2 obtenue en utilisant PeldorFit (ligne rouge) et la simulation MD (ligne grise) ; (C) Spectre du domaine temporel DEER de 2PIPER@[Cu2+@A4]2 ; (D) Distribution de distance 2PIPER@[Cu2+@A4]2 obtenue à l’aide de PeldorFit (ligne rouge) et de la simulation MD (ligne grise).
(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4939-4947)

Spectromètre à résonance paramagnétique électronique à impulsion CIQTEK

Le spectromètre à résonance paramagnétique électronique à impulsion CIQTEK EPR100 prend en charge la technologie de double résonance électronique-électronique et peut être utilisé pour étudier la localisation structurelle, l'interprétation fonctionnelle, les processus de mouvement physiologiques et l'interprétation du mécanisme d'action des protéines membranaires complexes, de l'ADN, de l'ARN, des acides nucléiques et des protéines. complexes et molécules protéiques associées qui jouent un rôle clé dans diverses maladies.

Résultats de l'expérience CIQTEK EPR100 DEER avec spectromètre à résonance paramagnétique électronique à impulsion CIQTEK

Résultats expérimentaux après traitement avec DeerAnalysis