Ali lahko s pomočjo spektroskopije (NMR, CD, UV) razložimo epigenetske bolezni?; Analiza strukturnih sprememb DNK zaradi metilacij promotorja gena BCL-2

Avtorja:

Tadej Strah, 4.a, Gregor Kržmanc, 4.a

Mentorica:

Alenka Mozer

Somentorja:

Uroš Javornik – Kemijski inštitut, prof. dr. Janez Plavec – Kemijski inštitut

Ključne besede:

jedrska magnetna resonanca (NMR), epigenetika, BCL-2, metilacija, G-kvadrupleksi

Povzetek:

Poleg najbolj pogoste strukture B-DNK lahko deoksiribonukleinska kislina tvori tudi druge prostorske strukture. Te lahko igrajo pomembno vlogo pri regulaciji izražanja genov. Motnje v izražanju lahko vodijo do nastanka težko ozdravljivih bolezni (npr. rakava obolenja). Študije teh struktur pomagajo razumeti njihovo vlogo pri razvoju bolezenskih stanj ter odkrivanju potencialnih tarč za vplivanje na razvoj bolezni.

Metilacija citozinskih organskih baz je epigenetski proces, ki je vpleten v mnoge mehanizme genske regulacije. Študije kažejo, da lahko na proces metilacije vpliva celično okolje. Odkrite so bile povezave med motnjami v metilacijskih vzorcih in nekaterimi boleznimi ter zasvojenostmi.

Študije kažejo, da metilacijski vzorci na z gvaninom bogati promotorski regiji Pu39 antiapoptotskega gena BCL-2 pomembno vplivajo na izražanje gena. V tej raziskavi se ukvarjamo z vplivom CpG-metilacije na strukturo zaporedja BCL2MidG4, ki je del regije Pu39.

Naši rezultati kažejo, da lahko v vzorcih s CpG-metiliranimi in nemetiliranimi BCL2MidG4-oligonukleotidi pod določenimi pogoji hkrati soobstajajo G-kvadrupleksi, i-motivi in vijačnica B-DNK, vendar v prisotnosti obeh verig DNK unimolekularni G-kvadrupleksi ne morejo tekmovati z B-DNK, i-motivi pa se razvijejo že pri pribl. 20 °C. Rezultati kažejo, da metilirani oligonukleotidi tvorijo bolj stabilno dvojno vijačnico s približno 3 °C višjo Tm. Poskusi z modificiranim zaporedjem BCL2Mid so pokazali, da metilacija rahlo poviša stabilnost tvorjenih G-kvadrupleksov v enojni verigi. Iz dobljenega sklepamo, da metilacija ob prisotnosti obeh komplementarnih verig stabilizira tako dvojno vijačnico kot G-kvadruplekse, a je vpliv stabilizacije večji pri vijačnici.

Naša opažanja podpirajo teorijo, da sprememba stabilnosti sekundarnih struktur vpliva na regulacijske mehanizme izražanja gena BCL-2. Vse opažene strukture tvorjene iz metilirane DNK so bolj stabilne od nemetiliranih, kar se lahko odraža v nižjem izražanju gena.

Bazične raziskave, kot je naša, so pomembne za razumevanje temeljnih bioloških celičnih procesov in tako razvoja bolezenskih stanj. Epigenetski procesi predstavljajo obetavne tarče za zdravljenje določenih bolezni. Rakava obolenja predstavljajo drugi vodilni vzrok smrti, zato je napredek na tem področju tako pomemben.