Gibt es funktionelle Beispiele für parallele DNA-Doppelhelices?

Überraschenderweise wurde über einen parallelen DNA-Duplex berichtet! In einer Veröffentlichung haben Tchurikov et al . über das Vorhandensein paralleler komplementärer DNA in der nichtkodierenden Region des Alkoholdehydrogenasegens sowie zwischen zwei Drosophila - DNA-Sequenzen berichtet. Die Region, die ~40 bp lang ist, hat 76 % Basen in gleicher Polarität zusammen mit Komplementarität. Seine Anwesenheit in vivo und seine Bedeutung sind jedoch nicht bekannt (sie beobachteten seine Existenz in vitro ).

Tchurikov et al . haben in einer anderen Veröffentlichung berichtet, dass parallele komplementäre RNA in E. coli eine gewisse Rolle bei der RNA-Interferenz spielt und tatsächlich wirksamer als Antisense-RNA beim Silencing von mRNA für die Regulation der Genexpression ist. Sie schlagen auch das Vorhandensein eines solchen Systems in vivo in E. coli - Zellen vor. (Anscheinend reicht dieses Papier allein aus, um Ihre Frage zu beantworten, da es alle Ihre Kriterien erfüllt).

In einer anderen Veröffentlichung haben Szabat et al . gezeigt, dass DNA, 2'-O-meRNA und RNA-Oligonukleotide eine parallele Duplexkonfiguration bei pH 5 und darunter annehmen können. Außerdem stabilisiert das Vorhandensein von LNA die Parallel-Duplex-Konfiguration. Dies mag bei Prozessen wie der RNA-Interferenz hilfreich erscheinen, obwohl auch diese Studie in vitro durchgeführt wurde (offensichtlich ist in vivo LNA nicht bekannt).

Viele solcher Veröffentlichungen, wie Westhof et al ., Mohammadi et al . usw., haben über das Vorhandensein von paralleler Duplex-DNA berichtet.

Verweise:

_{1. Tchurikov NA, Chernov BK, Golova YB, Nechipurenko YD. Parallele DNA: Erzeugung eines Duplex zwischen zwei Drosophila -Sequenzen in vitro . FEBS-Buchstaben. 1989;257(2):415–8. pmid:2479581}

_{2. Tchurikov, NA, LG Chistyakova, GB Zavilgelsky, IV Manukhov, BK Chernov und YB Golova. 2000. Genspezifisches Silencing durch Expression paralleler komplementärer RNA in Escherichia coli . J.Biol. Chem. 275:26523–26529}

_{3. Szabat M, Pedzinski T, Czapik T, Kierzek E, Kierzek R (2015) Strukturelle Aspekte der antiparallelen und parallelen Duplexe, die von DNA, 2'-O-Methyl-RNA und RNA-Oligonukleotiden gebildet werden. PLoS ONE 10(11): e0143354. doi:10.1371/journal.pone.0143354}

_{4. Westhof, E. und M. Sundaralingam. 1980. Röntgenstruktur eines Cytidylyl-3',5'-adenosin-proflavin-Komplexes: ein selbstgepaartes parallelkettiges doppelhelikales Dimer mit einem interkalierten Acridin-Farbstoff. Proz. Natl. Akad. Wissenschaft. VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA. 77: 1852–1856.}

_{5. Mohammadi, S., R. Klement, AK Shchyolkina, J. Liquier, TM Jovin und E. Taillandier. 1998. FTIR- und UV-Spektroskopie von parallelsträngigen DNAs mit gemischten AT/GC-Sequenzen und ihren AT/IC-Analoga. Biochemie. 37:16529–16537.}

Alle Artikel, die ich über parallele Helices gefunden habe, sind rein spekulativ in Bezug auf die biologische Bedeutung; aber sie sind immer noch interessant. Hier sind einige, die ich zusätzlich zu der anderen Antwort gefunden habe.

Safaee N, Noronha AM, Rodionov D, Kozlov G, Wilds CJ, Sheldrick GM, Gehring K. 2013. Struktur des parallelen Duplex von Poly(A)-RNA: Bewertung einer 50 Jahre alten Vorhersage. Angew. Chem In Ed 52:10370-10373.

Dieses Papier stellt die gelöste Kristallstruktur von paralleler Poly(A) -RNA vor und zeigt, dass Poly(A)-Bindungsprotein (PABP) die parallele Duplexbildung fördert. Eine biologische Rolle wird angenommen:

Da die große Mehrheit der eukaryotischen Boten-RNAs (mRNA) an ihrem 3′-Ende mit 100 bis 250 Adeninen markiert ist, ist der Polymorphismus von Poly(rA) auch für heutige zelluläre Prozesse relevant, die mRNA-Translation, -Speicherung und -Zerfall beinhalten. Unter Bedingungen von Zellstress werden zelluläre mRNAs in RNA-Granula transportiert, wodurch die lokale Konzentration von Poly(rA) erhöht wird. Es ist möglich, dass die Natur Proteine ​​wie PABP teilweise entwickelt hat, um das Auftreten von Poly(rA)-Doppelsträngen in Zellen zu regulieren.

Es gibt mehrere Übersichtsartikel, die die mögliche Rolle paralleler RNA in der RNA-Welt diskutieren, die sich um das Problem der Replikation unter Verwendung komplementärer, antiparalleler Stränge drehen:

Taylor WR. 2005. Rühren der Ursuppe. Natur 434:705.

Einige Mechanismen für die Replikation in der RNA-Welt wurden vorgeschlagen, und nach den derzeitigen Systemen der Protein-Polynukleotid-Synthese beinhalten alle die Schaffung eines komplementären Tochterstrangs unter Verwendung von Watson-Crick-Basenpaarung. Aus mechanistischer Sicht enthält ein solches Modell jedoch ein grundlegendes Problem: Wenn eine Ribopolymerase eine komplementäre Kopie von sich selbst erstellen würde, müsste sie diese erneut kopieren, um eine neue funktionelle Ribopolymerase zu erhalten. Dies impliziert, dass sowohl die Ribopolymerase-Sequenz als auch ihr Komplement koexistieren müssten. Aber wenn diese beiden Kopien zusammenkommen, wäre das Ergebnis eine doppelsträngige Watson-Crick-Helix (wie sie in einigen RNA-Viren vorkommt) – keine neue Ribopolymerase. Selbst wenn beide Sequenzen gut bestimmte Sekundärstrukturen hätten, würde die perfekte Komplementarität der Watson-Crick-Paarung als Senke wirken,

Die vorgeschlagene Lösung besteht darin, dass frühe RNA-Polymerasen möglicherweise parallele Komplemente geschaffen haben, um eine solche Hemmung zu verhindern:

Taylor WR. 2006. Transkription und Translation in einer RNA-Welt. Phil Trans R Soc B 361: 1751–1760.

Replikationsstrategien. (a) Die Replikation über einen umgekehrten komplementären Strang führt zu (b) einem stabilen doppelsträngigen Duplex, wenn sich die beiden Kopien treffen. (c) Replikation über einen parallelen komplementären Strang führt zu (d) einem relativ instabilen doppelsträngigen Duplex, wenn sich die beiden Kopien treffen.

Die Weitergabe von Informationen in einem Nukleinsäurestrang von einer „Generation“ zur nächsten unter Verwendung der Watson-Crick-Basenpaarung muss logischerweise keinen umgekehrt komplementären Strang beinhalten. Unter der Voraussetzung, dass es eine komplementäre Basenpaarung gibt, würde ein paralleles Komplement auch die gleiche Information verbreiten ...

... alles, was aus Sicht der Replikate geändert werden muss, ist die Richtung ihres Fortschreitens entlang der Vorlage. Von dem resultierenden Transkript konnte nur eine Basenpaarung mit der Matrize über eine kurze Region erwartet werden, bevor es sich trennte, aber angesichts des Problems der irreversiblen Hybridisierung wäre dies ein wünschenswertes Merkmal des Modells.

Dieses Papier erwähnt einige vorgeschlagene Funktionen von parallelsträngiger (ps) DNA mit begleitenden Referenzen, aber ich kann nur auf eine davon zugreifen:

Andere Funktionen wurden für ps-DNA in der Genexpression, Rekombination, RNA-Prozessierung (14, 18, 20), dem Packen von einzelsträngigen und dimeren viralen Genomen und der Funktion von reverser Gyrase (12) vorgeschlagen.

Dies ist die einzige Referenz, die ich aus dem obigen Papier finden konnte:

Ramsing NB, Jovin TM. Parallelsträngige Duplex-DNA. Nucleic Acids Res. 16: 6659–6676.

Die Möglichkeit, dass ps-RNA existieren könnte, ist angesichts des reichen strukturellen und funktionellen Repertoires von RNA-Spezies im Allgemeinen faszinierend. Drei kanonische Situationen, in denen ps-Helices durch Wechselwirkungen von vollständig oder teilweise homologen Strängen oder Schleifen von einzelsträngiger Nukleinsäure geeigneter Sequenz entstehen könnten, sind in Fig. 12 gezeigt. Die topologischen Implikationen solcher Strukturen sind von großem Interesse, insbesondere in Bezug auf die mögliche Rollen von ps-DNA und ps-RNA bei (nichthomologer) Rekombination, RNA-Spleißen, Stabilisierung von ribosomaler RNA und anderen zellulären Prozessen. Außerdem kann erwartet werden, dass spezifische Liganden, insbesondere Proteine, eingreifen könnten, um die parallelsträngige Konformation zu stabilisieren und auszunutzen.