THE REPORTER SYSTEM FOR THE DETECTION OF G-QUADRUPLEXES IN THE PROMOTER REGION OF THE HUMAN TELOMERASE REVERSE TRANSCRIPTASE GENE

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

In 80–100% of cases, the transformation of human somatic cells into tumor cells is associated with of the catalytic subunit of telomerase, reverse transcriptase (hTERT), increased expression. hTERT gene transcription inhibition in tumor cells may become one of the approaches to antitumor therapy. The hTERT promoter contains a G-rich region with a length of 68 nucleotides, which is capable of forming G-quadruplexes (G4) under certain conditions in vitro. It is known that G4s interfere with the human RNA polymerases activity. Thus, G4 structure stabilization in the promoter can be considered as a possible way to reduce hTERT expression. To prove the G4 formation in the G-rich sequence of the hTERT promoter in a double-stranded supercoiling DNA, plasmid constructs based on the pRFPCR plasmid were obtained. The plasmids contained genes of fluorescent proteins (RFP and Cerulean) and the central hTERT promoter region G4. The hTERT promoter region central G4 formation in the obtained constructs was demonstrated with the DNA polymerase stop assay method. The influence of G228A and G250A substitutions on G4 stability in physiological conditions was investigated. It was established that the low molecular weight ligands BRACO19 and TMPyP4, well-studied stabilizers of the G4 structure, can effectively interact with the hTERT promotor central G4 in the range of concentrations 5–25 μM.

Sobre autores

Iu. Iakushkina

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University

119992 Moscow, Russia

E. Kubareva

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University

119992 Moscow, Russia

L. Nikiforova

Lomonosov Moscow State University

119991 Moscow, Russia

A. Arutyunyan

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University

119992 Moscow, Russia

M. Zvereva

Lomonosov Moscow State University

119991 Moscow, Russia

M. Monakhova

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University

Email: monakhovamv@gmail.com
119992 Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Cong, Y. S., Wen, J., and Bacchetti, S. (1999) The human telomerase catalytic subunit hTERT: organization of the gene and characterization of the promoter, Hum. Mol. Genet., 8, 137-142, https://doi.org/10.1093/hmg/8.1.137.
  2. Xu, D., Dwyer, J., Li, H., Duan, W., and Liu, J.-P. (2008) Ets2 maintains hTERT gene expression and breast cancer cell proliferation by interacting with c-Myc, J. Biol. Chem., 283, 23567-23580, https://doi.org/10.1074/jbc.M800790200.
  3. Li, H., Lee, T.-H., and Avraham, H. (2002) A novel tricomplex of BRCA1, Nmi, and c-Myc inhibits c-Myc-induced human telomerase reverse transcriptase gene (hTERT) promoter activity in breast cancer, J. Biol. Chem., 277, 20965-20973, https://doi.org/10.1074/jbc.M112231200.
  4. Monsen, R. C., DeLeeuw, L., Dean, W. L., Gray, R. D., Sabo, T. M., Chakravarthy, S., Chaires, J. B., and Trent, J. O. (2020) The hTERT core promoter forms three parallel G-quadruplexes, Nucleic Acids Res., 48, 5720-5734, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa107.
  5. Bochman, M. L., Paeschke, K., and Zakian, V. A. (2012) DNA secondary structures: stability and function of G-quadruplex structures, Nat. Rev. Genet., 13, 770-780, https://doi.org/10.1038/nrg3296.
  6. Verma, A., Yadav, V. K., Basundra, R., Kumar, A., and Chowdhury, S. (2009) Evidence of genome-wide G4 DNAmediated gene expression in human cancer cells, Nucleic Acids Res., 37, 4194-4204, https://doi.org/10.1093/nar/gkn1076.
  7. Holder, I. T., and Hartig, J. S. (2014) A matter of location: influence of G-quadruplexes on Escherichia coli gene expression, Chem. Biol., 21, 1511-1521, https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2014.09.014.
  8. Lee, C.-Y., Joshi, M., Wang, A., and Myong, S. (2024) 5′UTR G-quadruplex structure enhances translation in size dependent manner, Nat. Commun., 15, 3963, https://doi.org/10.1038/s41467-024-48247-8.
  9. Burger, A. M., Dai, F., Schultes, C. M., Reszka, A. P., Moore, M. J., Double, J. A., and Neidle, S. (2005) The G-quadruplex-interactive molecule BRACO-19 inhibits tumor growth, consistent with telomere targeting and interference with telomerase function, Cancer Res., 65, 1489-1496, https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-04-2910.
  10. Han, F. X., Wheelhouse, R. T., and Hurley, L. (1999) Interactions of TMPyP4 and TMPyP2 with quadruplex DNA. Structural basis for the differential effects on telomerase inhibition, J. Am. Chem. Soc., 121, 3561-3570, https://doi.org/10.1021/ja984153m.
  11. Piazza, A., Boulé, J. B., Lopes, J., Mingo, K., Largy, E., Teulade-Fichou, M.-P., and Nicolas, A. (2010) Genetic instability triggered by G-quadruplex interacting Phen-DC compounds in Saccharomyces cerevisiae, Nucleic Acids Res., 38, 4337-4348, https://doi.org/10.1093/nar/gkq136.
  12. Obi, I., Rentoft, M., Singh, V., Jamroskovic, J., Chand, K., Chorell, E., Westerlund, F., and Sabouri, N. (2020) Stabilization of G-quadruplex DNA structures in Schizosaccharomyces pombe causes single-strand DNA lesions and impedes DNA replication, Nucleic Acids Res., 48, 10998-11015, https://doi.org/10.1093/nar/gkaa820.
  13. Green, M. R., and Sambrook, J. (2016) Precipitation of DNA with ethanol, Cold Spring Harb. Protoc., 12, https://doi.org/10.1101/pdb.prot093377.
  14. Osterman, I. A., Prokhorova, I. V., Sysoev, V. O., Boykova, Y. V., Efremenkova, O. V., Svetlov, M. S., Kolb, V. A., Bogdanov, A. A., Sergiev, P. V., and Dontsova, O. A. (2012) Attenuation-based dual-fluorescent-protein reporter for screening translation inhibitors, Antimicrob. Agents Chemother., 56, 1774-1783, https://doi.org/10.1128/AAC.05395-11.
  15. Osterman, I. A., Evfratov, S. A., Sergiev, P. V., and Dontsova, O. A. (2013) Comparison of mRNA features affecting translation initiation and reinitiation, Nucleic Acids Res., 41, 474-486, https://doi.org/10.1093/nar/gks989.
  16. Polikanov, Y. S., Osterman, I. A., Szal, T., Tashlitsky, V. N., Serebryakova, M. V., Kusochek, P., Bulkley, D., Malanicheva, I. A., Efimenko, T. A., Efremenkova, O. V., Konevega, A. L., Shaw, K. J., Bogdanov, A. A., Rodnina, M. V., Dontsova, O. A., Mankin, A. S., Steitz, T. A., and Sergiev, P. V. (2014) Amicoumacin a inhibits translation by stabilizing mRNA interaction with the ribosome, Mol. Cell., 56, 531-540, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2014.09.020.
  17. Vorlíčková, M., Kejnovská, I., Sagi, J., Renčiuk, D., Bednářová, K., Motlová, J., and Kypr, J. (2012) Circular dichroism and guanine quadruplexes, Methods, 57, 64-75, https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2012.03.011.
  18. Sambrook, J., and Russell, D. W. (2006) Purification of nucleic acids by extraction with phenol:chloroform, CSH Protoc., https://doi.org/10.1101/pdb.prot4455.
  19. Froger, A., and Hall, J. E. (2007) Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method, J. Vis. Exp., 6, 253, https://doi.org/10.3791/253.
  20. Mishra, P., Singh, U., Pandey, C. M., Mishra, P., and Pandey, G. (2019) Application of student’s t-test, analysis of variance, and covariance, Ann. Card. Anaesth., 22, 407-411, https://doi.org/10.4103/aca.ACA_94_19.
  21. Yang, D., and Hurley, L. H. (2006) Structure of the biologically relevant G-quadruplex in the c-Myc promoter, Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 25, 951-968, https://doi.org/10.1080/15257770600809913.
  22. Siddiqui-Jain, A., Grand, C. L., Bearss, D. J., and Hurley, L. H. (2002) Direct evidence for a G-quadruplex in a promoter region and its targeting with a small molecule to repress c-Myc transcription, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 11593-11598, https://doi.org/10.1073/pnas.182256799.
  23. Kouzine, F., Sanford, S., Elisha-Feil, Z., and Levens, D. (2008) The functional response of upstream DNA to dynamic supercoiling in vivo, Nat. Struct. Mol. Biol., 15, 146-154, https://doi.org/10.1038/nsmb.1372.
  24. Sekibo, D. A. T., and Fox, K. R. (2017) The effects of DNA supercoiling on G-quadruplex formation, Nucleic Acids Res., 45, 12069-12079, https://doi.org/10.1093/nar/gkx856.
  25. Savitskaya, V. Y., Novoselov, K. A., Dolinnaya, N. G., Monakhova, M. V., Snyga, V. G., Diatlova, E. A., Peskovatskova E. S., Golyshev, V. M., Kitaeva, M. I., Eroshenko, D. A., Zvereva, M. I., Zharkov, D. O., and Kubareva, E. A. (2025) Position-dependent effects of AP sites within an hTERT promoter G-quadruplex scaffold on quadruplex stability and repair activity of the APE1 enzyme, Int. J. Mol. Sci., 26, 337, https://doi.org/10.3390/ijms26010337.
  26. Campbell, N. H., Parkinson, G. N., Reszka, A. P., and Neidle, S. (2008) Structural basis of DNA quadruplex recognition by an acridine drug, J. Am. Chem. Soc., 130, 6722-6724, https://doi.org/10.1021/ja8016973.
  27. Wheelhouse, R. T., Sun, D., and Hurley, L. H. (1998) Cationic porphyrins as telomerase inhibitors: the interaction of tetra-(N-methyl-4-pyridyl)porphine with quadruplex DNA, J. Am. Chem. Soc., 120, 3261-3262, https://doi.org/10.1021/ja973792e.
  28. De Cian, A., Delemos, E., Mergny, J.-L., Teulade-Fichou, M.-P., and Monchaud, D. (2007) Highly efficient G-quadruplex recognition by bisquinolinium compounds, J. Am. Chem. Soc., 129, 1856-1857, https://doi.org/10.1021/ja067352b.
  29. Parkinson, G. N., and Collie, G. W. (2019) X-Ray crystallographic studies of G-quadruplex structures, Methods Mol. Biol., 2035, 131-155, https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9666-7_8.
  30. Dolinnaya, N. G., Ogloblina, A. M., and Yakubovskaya, M. G. (2016) Structure, properties, and biological relevance of the DNA and RNA G-quadruplexes: overview 50 years after their discovery, Biochemistry (Moscow), 81, 1602-1649, https://doi.org/10.1134/S0006297916130034.
  31. Simonsson, T., Pecinka, P., and Kubista, M. (1998) DNA tetraplex formation in the control region of c-myc, Nucleic Acids Res., 26, 1167-1172, https://doi.org/10.1093/nar/26.5.1167.
  32. Sun, D., Guo, K., Rusche, J. J., and Hurley, L. H. (2005) Facilitation of a structural transition in the polypurine/polypyrimidine tract within the proximal promoter region of the human VEGF gene by the presence of potassium and G-quadruplex-interactive agents, Nucleic Acids Res., 33, 6070-6080, https://doi.org/10.1093/nar/gki917.
  33. Rankin, S., Reszka, A. P., Huppert, J., Zloh, M., Parkinson, G. N., Todd, A. K., Ladame, S., Balasubramanian, S., and Neidle, S. (2005) Putative DNA quadruplex formation within the human c-kit oncogene, J. Am. Chem. Soc., 127, 10584-10589, https://doi.org/10.1021/ja050823u.
  34. Dai, J., Dexheimer, T. S., Chen, D., Carver, M., Ambrus, A., Jones, R. A., and Yang, D. (2006) An intramolecular G-quadruplex structure with mixed parallel/antiparallel G-strands formed in the human BCL-2 promoter region in solution, J. Am. Chem. Soc., 128, 1096-1098, https://doi.org/10.1021/ja055636a.
  35. Eddy, J., and Maizels, N. (2006) Gene function correlates with potential for G4 DNA formation in the human genome, Nucleic Acids Res., 34, 3887-3896, https://doi.org/10.1093/nar/gkl529.
  36. Berner, A., Das, R. N., Bhuma, N., Golebiewska, J., Abrahamsson, A., Andréasson, M., Chaudhari, N., Doimo, M., Bose, P. P., Chand, K., Strömberg, R., Wanrooij, S., and Chorell, E. (2024) G4-ligand-conjugated oligonucleotides mediate selective binding and stabilization of individual G4 DNA structures, J. Am. Chem. Soc., 146, 6926-6935, https://doi.org/10.1021/jacs.3c14408.
  37. De Cian, A., Lacroix, L., Douarre, C., Temime-Smaali, N., Trentesaux, C., Riou, J. F., and Mergny, J. L. (2008) Targeting telomeres and telomerase, Biochimie, 90, 131-155, https://doi.org/10.1016/j.biochi.2007.07.011.
  38. Asamitsu, S., Obata, S., Yu, Z., Bando, T., and Sugiyama, H. (2019) Recent progress of targeted G-quadruplex-preferred ligands toward cancer therapy, Molecules, 24, 429, https://doi.org/10.3390/molecules24030429.
  39. Panebianco, F., Nikitski, A. V., Nikiforova, M. N., and Nikiforov, Y. E. (2019) Spectrum of TERT promoter mutations and mechanisms of activation in thyroid cancer, Cancer Med., 8, 5831-5839, https://doi.org/10.1002/cam4.2467.
  40. Vinagre, J., Nabais, J., Pinheiro, J., Batista, R., Oliveira, R. C., Gonçalves, A. P., Pestana, A., Reis, M., Mesquita, B., Pinto, V., Lyra, J., Cipriano, M. A., Ferreira, M. G., Lopes, J. M., Sobrinho-Simões, M., and Soares, P. (2016) TERT promoter mutations in pancreatic endocrine tumours are rare and mainly found in tumours from patients with hereditary syndromes, Sci. Rep., 6, 29714, https://doi.org/10.1038/srep29714.
  41. Huang, D.-S., Wang, Z., He, X.-J., Diplas, B. H., Yang, R., Killela, P. J., Meng, Q., Ye, Z.-Y., Wang, W., Jiang, X.-T., Xu, L., He, X.-L., Zhao, Z.-S., Xu, W.-J., Wang, H.-J., Ma, Y.-Y., Xia, Y.-J., Li, L., Zhang, R.-X., Jin, T., Zhao, Z.-K., Xu, J., Yu, S., Wu, F., Liang, J., Wang, S., Jiao, Y., Yan, H., and Tao, H.-Q. (2015) Recurrent TERT promoter mutations identified in a large-scale study of multiple tumour types are associated with increased TERT expression and telomerase activation, Eur. J. Cancer, 51, 969-976, https://doi.org/10.1016/j.ejca.2015.03.010.
  42. Shanmugam, R., Ozturk, M. B., Low, J.-L., Akincilar, S. C., Chua, J. Y. H., Thangavelu, M., Periyasamy, G., DasGupta, R., and Tergaonkar, V. (2022) Genome-wide screens identify specific drivers of mutant hTERT promoters, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 119, e2105171119, https://doi.org/10.1073/pnas.2105171119.
  43. Morgan, R. K., and Brooks, T. A. (2018) Targeting promoter G-quadruplexes for transcriptional control, in Small-molecule Transcription Factor Inhibitors in Oncology (Rahman, K. M., and Thurston, D. E., eds) The Royal Society of Chemistry, Chapt. 7, p. 169-193, https://doi.org/10.1039/9781782624011-00169.
  44. Onel, B., Carver, M., Wu, G., Timonina, D., Kalarn, S., Larriva, M., and Yang, D. (2016) A new G-quadruplex with hairpin loop immediately upstream of the human BCL2 P1 promoter modulates transcription, J. Am. Chem. Soc., 138, 2563-2570, https://doi.org/10.1021/jacs.5b08596.
  45. McLuckie, K. I. E., Waller, Z. A. E., Sanders, D. A., Alves, D., Rodriguez, R., Dash, J., McKenzie, G. J., Venkitaraman, A. R., and Balasubramanian, S. (2011) G-quadruplex-binding benzo[a]phenoxazines down-regulate c-kit expression in human gastric carcinoma cells, J. Am. Chem. Soc., 133, 2658-2663, https://doi.org/10.1021/ja109474c.
  46. Kang, H.-J., Cui, Y., Yin, H., Scheid, A., Hendricks, W. P. D., Schmidt, J., Sekulic, A., Kong, D., Trent, J. M., Gokhale, V., Mao, H., and Hurley, L. H. (2016) A pharmacological chaperone molecule induces cancer cell death by restoring tertiary DNA structures in mutant hTERT promoters, J. Am. Chem. Soc., 138, 13673-13692, https://doi.org/10.1021/jacs.6b07598.
  47. Pavlova, A. V., Dolinnaya, N. G., Zvereva, M. I., Kubareva, E. A., and Monakhova, M. V. (2023) New DNA plasmid model for studying DNA mismatch repair response to the G4 structure, Int. J. Mol. Sci., 24, 1061, https://doi.org/10.3390/ijms24021061.
  48. Jana, J., and Weisz, K. A. (2020) Thermodynamic perspective on potential G-quadruplex structures as silencer elements in the MYC promoter, Chemistry, 26, 17242-17251, https://doi.org/10.1002/chem.202002985.
  49. Phan, A. T., Modi, Y. S., and Patel, D. J. (2004) Propeller-type parallel-stranded G-quadruplexes in the human c-myc promoter, J. Am. Chem. Soc., 126, 8710-8716, https://doi.org/10.1021/ja048805k.
  50. Santos, T., Lopes-Nunes, J., Alexandre, D., Miranda, A., Figueiredo, J., Silva, M. S., Mergny, J.-L., and Cruz, C. (2022) Stabilization of a DNA aptamer by ligand binding, Biochimie, 200, 8-18, https://doi.org/10.1016/j.biochi.2022.05.002.
  51. Laigre, E., Bonnet, H., Beauvineau, C., Lavergne, T., Verga, D., Defrancq, E., Dejeu, J., and Teulade-Fichou, M.-P. (2024) Systematic evaluation of benchmark G4 probes and G4 clinical drugs using three biophysical methods: a guideline to evaluate rapidly G4‐binding affinity, Chembiochem, 25, e202400210, https://doi.org/10.1002/cbic.202400210.
  52. Guimaraes, A. F. R., and de Oliveira, D. M. (2017) Effect of long term treatment with BRACO 19 on HeLa proliferation and senescence, Cancer Res., 77, 3476, https://doi.org/10.1158/1538-7445.AM2017-3476.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».