Projekti / Programi
Prostorske strukture nukleinskih kislin s ponavljajočimi zaporedji bogatimi z gvanini
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
NMR G-kvadrupleks struktura onkogen
Raziskovalci (7)
Organizacije (2)
Povzetek
Nukleinske kisline lahko zavzamejo veliko število topologij, vključno z več-verižnimi vijačnicami, zato da lahko opravljajo različne biološke funkcije, od prenosa genetske informacije do katalize in regulacije. G-kvadrupleks je štiri-verižna sekundarna struktura, ki jo tvorijo z gvanini bogate nukleinske kisline in pridobiva vse več pozornosti kot tarča za terapevtsko posredovanje. Osnovni gradnik G-kvadrupleksa je G-kvartet, v katerem so štirje gvaninski ostanki povezani z osmimi vodikovimi vezmi v Hoogsteenovi geometriji v koplanarni strukturni element. V okviru predlaganega projekta načrtujemo študije strukturnih značilnosti z gvanini-bogatih genomskih zaporedij DNA, za katere pričakujemo, da bodo tvorili G-kvadrupleksne strukture. Osredotočili se bomo predvsem na promotorske regije onkogenov povezanimi z Ras proteini, ki so pomembni pri razvoju človeških rakavih obolenj. G-kvadrupleksne strukture, ki jih tvorijo promotorske regije so bile v primerjavi s telomernimi regijami obravnavane le v nekoliko študijah in njihove strukturne značilnosti so slabo poznane, kar povečuje potrebo po strukturni karakterizaciji. V številnih promotorskih regijah človeškega genoma, vključno s pomembnimi onkogeni kot so KRAS, HRAS in NRAS, so odkrili z gvanini bogate regije, ki lahko tvorijo G-kvadrupleksne strukture. Geni, ki izvirajo iz družine ras proteinov so izraženi v različnih tkivih. HRAS je visoko izražen v koži in skeletnih mišicah, KRAS v debelem črevesu in priželjcu in NRAS v moškem zarodnem tkivu. HRAS, KRAS in NRAS so vpleteni v patogenezo različnih vrst raka in so zato pomembna tarča pri razvoju zdravil proti raku. Nedavne študije so pokazale, da je to vlogo mogoče pripisati njihovim z gvanini bogatim promotorjem, ki se potencialno lahko zvijejo v strukturo G-kvadrupleksa. Številne ugotovitve potrjujejo hipotezo, da sta lahko tvorba in razvitje G-kvadrupleksnih struktur vpletena v regulacijo izražanja genov. Pretekle študije so pokazale, da so G-kvadrupleksi zelo polimorfni, kar povezujemo s specifiko oligonukleotidnih zaporedij in s pogoji v raztopini. Povezovalne zanke, ki se lahko raztezajo preko diagonale ali roba zunanjega G-kvarteta, ali pa privzamejo orientacijo z dvojnim obratom verige vzdolž G-kvadrupleksne sredice, igrajo zelo pomembno vlogo pri stabilizaciji G-kvadrupleksnih struktur. Posebno pozornost bomo posvetili naravi in zaporedju zank, saj je njihova struktura zelo pomembna z vidika interakcije med molekulo DNA in ligandi (potencialnimi učinkovinami). Obetavna terapevtska strategija za zaviranje transkripcije ras proteinov je uvedba policikličnih aromatskih ogljikovodikov kot so interkalirajoči nukleotidni ostanki, ki stabilizirajo G-kvadruplekse in preprečijo transkripcijo. Strategija na osnovi G-kvadrupleksnih vab sloni na predpostavki, da te strukture tekmujejo z vezavo transkripcijskega faktorja MAZ na RAS promotor in s tem zavirajo njegovo izražanje ter nenadzorovano rast celic. Za povečanje svoje aktivnosti morajo G-kvadrupleksne vabe kot so anti-KRAS oligonukleotidi ohraniti 3D strukturo, ki jo prepoznava transkripcijski faktor in biti zelo odporne proti nukleazam. Primarna raziskovalna metoda bo NMR spektroskopija visoke ločljivosti. Načrtujemo, da bomo rezultate dopolnili z UV, CD in drugimi (spektroskopskimi) metodami. Poleg karakterizacije 3D struktur z atomsko ločljivostjo bomo študirali tudi dinamiko njihovih posameznih delov, zlasti zank. Z uporabo strukturno-vodenega načrtovanja pričakujemo, da bomo optimizirali položaj interkalirajočih nukleotidnih ostankov s pirenskimi kromofori, ki naj bi se nalagali na zunanje G-kvartete in tako stabilizirali G-kvadrupleksne vabe. Nadalje bomo predlagali sintezo aromatskih heterocikličnih analogov s potencialom za regulacijo transkripcije z (de)stabilizacijo G-kvadrupleksnih struktur.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati naših raziskav bodo pripomogli k razširitvi in poglobitvi znanja o zvijanju promotorskih zaporedij v kvadrupleksne strukture in njihovi dinamiki. Do sedaj je bilo malo znanega o samih strukturnih motivih takšnih G-kvadrupleksnih struktur. Takšno znanje pa je pomembno za razumevanje regulacije izražanja genov in pri načrtovanju novih organskih molekul, ki bi lahko specifično stabilizirale določeno G-kvadrupleksno strukturo. To bo pripomoglo v boju proti raznim oblikam raka in mnogim virusnim obolenjem. Prispevali bomo tudi k razvoju eksperimentalnih metod za določitev struktur DNK.
Pomen za razvoj Slovenije
Naše študije bodo potencialno pripomogle pri razvoju novih področij znanstvenih raziskav znotraj Slovenije, v glavnem na področju raziskav kvadrupleksnih strukur, ki se lahko tvorijo v promotorskih delih genov. Iskanje povezav med strukturo in funkcijo je pomembno za farmacevtsko industrijo. Pričakujemo, da bo naše delo pripomoglo k razumevanju novih strukturnih elementov kvadrupleksnih struktur, ki jih bo možno uporabljati kot tarče za razvoj novih zdravil. Nova zdravila bi lahko spodbudila farmacevtska podjetja k še večjemu zanimanju za to področje in posledično k odpiranju novih delovnih mest v Republiki Sloveniji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
