Crystallographic study on oligonucleotide coiled-coils

Abstract

En la presente tesis doctoral se han realizado estudios estructurales de DNA. Estudios previos han demostrado que los coiled-coils de d(ATATATATATAT) y d(ATATATATAT) tienen unos parámetros geométricos muy diferentes. El objetivo de esta tesis es aclarar las propiedades de los coiled-coils.<br/>Con esta finalidad se han estudiado por cristalografía de Rayos X oligonucleótidos con diferentes secuencias y con extremos cohesivos que fijen la geometría de los coiled-coils. Se han utilizado oligonucleótidos con la secuencia d(CG)n(AT)m o (AT)m(CG)n y otros semejantes. En la mayor parte de ellos n=1 y m>1, con lo que el extremo cohesivo es normalmente la secuencia CG. <br/>La estructura (a una resolución de 3.1 Å) de los cristales generados por la secuencia d(CGATATATATAT) ha sido resuelta y publicada (De Luchi et al., ChemBiochem 2006, 7, 585-587). La estructura es isomorfa con la estructura de d(AT)6 y los enlaces a puente de hidrogeno entre las bases A y T son de tipo Hoogsteen, como en el caso de la secuencia d(ATATAT). Se han obtenido diferentes tipos de coiled-coils y se han estudiado sus características y propiedades.<br/>Hemos analizado las propiedades geométricas de los coiled coils: hemos visto que los parámetros que determinan el numero de oligonucleótidos por vuelta son el "kink angle" &#952;, y el ángulo de torsión &#964;. Ha sido estudiada la relación entre estos parámetro, en función del numero de oligonucleótidos por vuelta N y el ángulo de inclinación &#946; del coiled-coil.<br/>Hemos intentado determinar si la formación de apareamientos de tipo Hoogsteen puede influir en la geometría de los coiled-coils, los resultados sugieren que los puentes de hidrogeno de tipo Hoosteeen favorecen la formación de coiled-coils, mientras los enlaces de tipo Watson-Crick generan mas fácilmente estructuras estándar de DNA pseudocontinuas. La secuencia d(CGATATGCATAT) genera columnas tradicionales de DNA, las bases centrales G y C, apareándose con enlaces Watson-Crick fuerzan las bases ATs a aparearse de la misma manera, generando así una hélice recta pseudocontinua.<br/>Como complemento de estos estudios se han obtenido las curvas de fusión de oligonucleótidos ricos en AT, los resultados, que incluyen una formula que permite un calculo aproximado de la temperatura de fusión de secuencias cortas de DNA, han sido publicados (De Luchi et al., Analytical Biochemistry, 2003, 322, 279-282).<br/>También he tenido la oportunidad de refinar la estructura de d(TAGG) en complejo con un derivado antraquinonico que ya había sido resuelta en nuestro laboratorio. Inesperadamente, encontramos que en esta estructura no se forman G-cuádruplex como fue descrito en solución por Kettani et al, las moléculas de fármaco, a través de interacciones de stacking forman un retículo de columnas perpendiculares una a la otra, estabilizado en los "crossing points" por las flexibles y cortas moléculas de DNA. La flexibilidad del DNA gracias a sus siete ángulos de torsión, le permite adoptar una conformación tal que se adapta a la estructura creada por las columnas de fármaco. La capacidad de formar diferentes tipos de enlaces a puente de hidrogeno estabiliza su conformación en este caso no canónica. En esta estructura hemos encontrado los siguientes tipos de enlaces a puente de hidrogeno: estándar Watson-Crick, reverse Watson-Crick, interacciones simétricas Guanina-Guanina.