972 resultados para single-stranded DNAzyme
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The extreme 3'-ends of human telomeres consist of 150–250 nucleotides of single-stranded DNA sequence together with associated proteins. Small-molecule ligands can compete with these proteins and induce a conformational change in the DNA to a four-stranded quadruplex arrangement, which is also no longer a substrate for the telomerase enzyme. The modified telomere ends provide signals to the DNA-damage-response system and trigger senescence and apoptosis. Experimental structural data are available on such quadruplex complexes comprising up to four telomeric DNA repeats, but not on longer systems that are more directly relevant to the single-stranded overhang in human cells. The present paper reports on a molecular modelling study that uses Molecular Dynamics simulation methods to build dimer and tetramer quadruplex repeats. These incorporate ligand-binding sites and are models for overhang–ligand complexes.
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Guanine-rich DNA repeat sequences located at the terminal ends of chromosomal DNA can fold in a sequence-dependent manner into G-quadruplex structures, notably the terminal 150–200 nucleotides at the 3' end, which occur as a single-stranded DNA overhang. The crystal structures of quadruplexes with two and four human telomeric repeats show an all-parallel-stranded topology that is readily capable of forming extended stacks of such quadruplex structures, with external TTA loops positioned to potentially interact with other macromolecules. This study reports on possible arrangements for these quadruplex dimers and tetramers, which can be formed from 8 or 16 telomeric DNA repeats, and on a methodology for modeling their interactions with small molecules. A series of computational methods including molecular dynamics, free energy calculations, and principal components analysis have been used to characterize the properties of these higher-order G-quadruplex dimers and tetramers with parallel-stranded topology. The results confirm the stability of the central G-tetrads, the individual quadruplexes, and the resulting multimers. Principal components analysis has been carried out to highlight the dominant motions in these G-quadruplex dimer and multimer structures. The TTA loop is the most flexible part of the model and the overall multimer quadruplex becoming more stable with the addition of further G-tetrads. The addition of a ligand to the model confirms the hypothesis that flat planar chromophores stabilize G-quadruplex structures by making them less flexible.
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Porcine circoviruses (PCVs) belong to the genus Circovirus, family Circoviridae. and are the smallest non-enveloped, single stranded, negative sense, circular DNA viruses that replicate autonomously in mammalian cells. Two types of PCV have been characterised, PCV1 and PCV2 and these two viruses show 83% sequence identity at open reading frame (ORF) 1 and 67% identity at ORF2. PCV1 is a nonpathogenic virus of pigs. In contrast, PCV2 has emerged as a major pathogen of swine around the world. The discovery of PCV1 and how the subsequent studies on this virus eventually led to the recognition and characterisation of PCV2, and the disease scenarios associated with PCV2, serve as a model of how multidisciplinary collaboration among field veterinarians, diagnosticians and researchers can lead to the rapid characterisation and control of a globally important emerging disease. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Saxitoxin (STX) is a low molecular weight neurotoxin mainly produced by certain marine dinoflagellates that, along with its family of similarly related paralytic shellfish toxins, may cause the potentially fatal intoxication known as paralytic shellfish poisoning. Illness and fatality rates are low due to the effective monitoring programs that determine when toxins exceed the established regulatory action level and effectuate shellfish harvesting closures accordingly. Such monitoring programs rely on the ability to rapidly screen large volumes of samples. Many of the screening assays currently available employ antibodies or live animals. This research focused on developing an analytical recognition element that would eliminate the challenges associated with the limited availability of antibodies and the use of animals. Here we report the discovery of a DNA aptamer that targets STX. Concentration-dependent and selective binding of the aptamer to STX was determined using a surface plasmon resonance sensor. Not only does this work represent the first reported aptamer to STX, but also the first aptamer to any marine biotoxin. A novel strategy of using a toxin-protein conjugate for DNA aptamer selection was successfully implemented to overcome the challenges associated with aptamer selection to small molecules. Taking advantage of such an approach could lead to increased diversity and accessibility of aptamers to low molecular weight toxins, which could then be incorporated as analytical recognition elements in diagnostic assays for foodborne toxin detection. The selected STX aptamer sequence is provided here, making it available to any investigator for use in assay development for the detection of STX.
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MicroRNAs (miRNAs) are single-stranded non-coding RNAs that negatively regulate target gene expression through mRNA cleavage or translational repression. There is mounting evidence that they play critical roles in heart disease. The expression of known miRNAs in the heart has been studied at length by microarray and quantitative PCR but it is becoming evident that microRNA isoforms (isomiRs) are potentially physiologically important. It is well known that left ventricular (patho)physiology is influenced by transmural heterogeneity of cardiomyocyte phenotype, and this likely reflects underlying heterogeneity of gene expression. Given the significant role of miRNAs in regulating gene expression, knowledge of how the miRNA profile varies across the ventricular wall will be crucial to better understand the mechanisms governing transmural physiological heterogeneity. To determinine miRNA/isomiR expression profiles in the rat heart we investigated tissue from different locations across the left ventricular wall using deep sequencing. We detected significant quantities of 145 known rat miRNAs and 68 potential novel orthologs of known miRNAs, in mature, mature* and isomiR formation. Many isomiRs were detected at a higher frequency than their canonical sequence in miRBase and have different predicted targets. The most common miR-133a isomiR was more effective at targeting a construct containing a sequence from the gelsolin gene than was canonical miR-133a, as determined by dual-fluorescence assay. We identified a novel rat miR-1 homolog from a second miR-1 gene; and a novel rat miRNA similar to miR-676. We also cloned and sequenced the rat miR-486 gene which is not in miRBase (v18). Signalling pathways predicted to be targeted by the most highly detected miRNAs include Ubiquitin-mediated Proteolysis, Mitogen-Activated Protein Kinase, Regulation of Actin Cytoskeleton, Wnt signalling, Calcium Signalling, Gap junctions and Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy. Most miRNAs are not expressed in a gradient across the ventricular wall, with exceptions including miR-10b, miR-21, miR-99b and miR-486.
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Radiotherapy is an important treatment option for many human cancers. Current research is investigating the use of molecular targeted drugs in order to improve responses to radiotherapy in various cancers. The cellular response to irradiation is driven by both direct DNA damage in the targeted cell and intercellular signalling leading to a broad range of bystander effects. This study aims to elucidate radiation-induced DNA damage response signalling in bystander cells and to identify potential molecular targets to modulate the radiation induced bystander response in a therapeutic setting. Stalled replication forks in T98G bystander cells were visualised via bromodeoxyuridine (BrdU) nuclear foci detection at sites of single stranded DNA. γH2AX co-localised with these BrdU foci. BRCA1 and FANCD2 foci formed in T98G bystander cells. Using ATR mutant F02-98 hTERT and ATM deficient GM05849 fibroblasts it could be shown that ATR but not ATM was required for the recruitment of FANCD2 to sites of replication associated DNA damage in bystander cells whereas BRCA1 bystander foci were ATM-dependent. Phospho-Chk1 foci formation was observed in T98G bystander cells. Clonogenic survival assays showed moderate radiosensitisation of directly irradiated cells by the Chk1 inhibitor UCN-01 but increased radioresistance of bystander cells. This study identifies BRCA1, FANCD2 and Chk1 as potential targets for the modulation of radiation response in bystander cells. It adds to our understanding of the key molecular events propagating out-of-field effects of radiation and provides a rationale for the development of novel molecular targeted drugs for radiotherapy optimisation.
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Tese de dout., Biologia, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2003
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A label-free DNA aptamer-based impedance biosensor for the detection of E. coli outer membrane proteins (OMPs) was developed. Two single stranded DNA sequences were tested as recognition elements and compared. The aptamer capture probes were immobilized, with and without 6-mercapto-1-hexanol (MCH) on a gold electrode. Each step of the modification process was characterized by Faradaic impedance spectroscopy (FIS). A linear relationship between the electron-transfer resistance (Ret) and E. coli OMPs concentration was demonstrated in a dynamic detection range of 1 × 10−7–2 × 10−6 M. Moreover, the aptasensor showed selectivity despite the presence of other possible water contaminates and could be regenerated under low pH condition. The developed biosensor shows great potential to be incorporated in a biochip and used for in situ detection of E. coli OMPs in water samples.
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The mechanisms regulating systemic and mucosal IgA responses in the respiratory tract are incompletely understood. Using virus-like particles loaded with single-stranded RNA as a ligand for TLR7, we found that systemic vs mucosal IgA responses in mice were differently regulated. Systemic IgA responses following s.c. immunization were T cell independent and did not require TACI or TGFbeta, whereas mucosal IgA production was dependent on Th cells, TACI, and TGFbeta. Strikingly, both responses required TLR7 signaling, but systemic IgA depended upon TLR7 signaling directly to B cells whereas mucosal IgA required TLR7 signaling to lung dendritic cells and alveolar macrophages. Our data show that IgA switching is controlled differently according to the cell type receiving TLR signals. This knowledge should facilitate the development of IgA-inducing vaccines.
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The human Rad52 protein stimulates joint molecule formation by hRad51, a homologue of Escherichia coli RecA protein. Electron microscopic analysis of hRad52 shows that it self-associates to form ring structures with a diameter of approximately 10 nm. Each ring contains a hole at its centre. hRad52 binds to single and double-stranded DNA. In the ssDNA-hRad52 complexes, hRad52 was distributed along the length of the DNA, which exhibited a characteristic "beads on a string" appearance. At higher concentrations of hRad52, "super-rings" (approximately 30 nm) were observed and the ssDNA was collapsed upon itself. In contrast, in dsDNA-hRad52 complexes, some regions of the DNA remained protein-free while others, containing hRad52, interacted to form large protein-DNA networks. Saturating concentrations of hRad51 displaced hRad52 from ssDNA, whereas dsDNA-Rad52 complexes (networks) were more resistant to hRad51 invasion and nucleoprotein filament formation. When Rad52-Rad51-DNA complexes were probed with gold-conjugated hRad52 antibodies, the presence of globular hRad52 structures within the Rad51 nucleoprotein filament was observed. These data provide the first direct visualisation of protein-DNA complexes formed by the human Rad51 and Rad52 recombination/repair proteins.
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In eukaryotes, homologous recombination proteins such as RAD51 and RAD52 play crucial roles in DNA repair and genome stability. Human RAD52 is a member of a large single-strand annealing protein (SSAP) family [1] and stimulates Rad51-dependent recombination [2, 3]. In prokaryotes and phages, it has been difficult to establish the presence of RAD52 homologs with conserved sequences. Putative SSAPs were recently found in several phages that infect strains of Lactococcus lactis[4]. One of these SSAPs was identified as Sak and was found in the virulent L. lactis phage ul36, which belongs to the Siphoviridae family [4, 5]. In this study, we show that Sak is homologous to the N terminus of human RAD52. Purified Sak binds single-stranded DNA (ssDNA) preferentially over double-stranded DNA (dsDNA) and promotes the renaturation of long complementary ssDNAs. Sak also binds RecA and stimulates homologous recombination reactions. Mutations shown to modulate RAD52 DNA binding [6] affect Sak similarly. Remarkably, electron-microscopic reconstruction of Sak reveals an undecameric (11) subunit ring, similar to the crystal structure of the N-terminal fragment of human RAD52 [7, 8]. For the first time, we propose a viral homolog of RAD52 at the amino acid, phylogenic, functional, and structural levels.
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MicroRNAs (miRNAs) are a class of short (similar to 22nt), single stranded RNA molecules that function as post-transcriptional regulators of gene expression. MiRNAs can regulate a variety of important biological pathways, including: cellular proliferation, differentiation and apoptosis. Profiling of miRNA expression patterns was shown to be more useful than the equivalent mRNA profiles for characterizing poorly differentiated tumours. As such, miRNA expression "signatures" are expected to offer serious potential for diagnosing and prognosing cancers of any provenance. The aim of this study was to investigate the potential of using deregulation of urinary miRNAs in order to detect Prostate Cancer (PCa) among Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). To identify the miRNA signatures specific for PCa, miRNA expression profiling of 8 PCa patients, 12 BPH patients and 10 healthy males was carried out using whole genome expression profiling. Differential expression of two individual miRNAs between healthy males and BPH patients was detected and found to possibly target genes related to PCa development and progression. The sensitivity and specificity of miR-1825 for detecting PCa among BPH individuals was found to be 60% and 69%, respectively. Whereas, the sensitivity and specificity of miR-484 were 80% and 19%, respectively. Additionally, the sensitivity and specificity for miR-1825/484 in tandem were 45% and 75%, respectively. The proposed PCa miRNA signatures may therefore be of great value for the accurate diagnosis of PCa and BPH. This exploratory study has identified several possible targets that merit further investigation towards the development and validation of diagnostically useful, non-invasive, urine-based tests that might not only help diagnose PCa but also possibly help differentiate it from BPH.
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Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.
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Le maintien de la stabilité du génome est essentiel pour la propagation de l’information génétique et pour la croissance et la survie des cellules. Tous les organismes possèdent des systèmes de prévention des dommages et des réarrangements de l’ADN et nos connaissances sur ces processus découlent principalement de l’étude des génomes bactériens et nucléaires. Comparativement peu de choses sont connues sur les systèmes de protection des génomes d’organelles. Cette étude révèle l’importance des protéines liant l’ADN simple-brin de la famille Whirly dans le maintien de la stabilité du génome des organelles de plantes. Nous rapportons que les Whirlies sont requis pour la stabilité du génome plastidique chez Arabidopsis thaliana et Zea mays. L’absence des Whirlies plastidiques favorise une accumulation de molécules rearrangées produites par recombinaison non-homologue médiée par des régions de microhomologie. Ce mécanisme est similaire au “microhomology-mediated break-induced replication” (MMBIR) retrouvé chez les bactéries, la levure et l’humain. Nous montrons également que les organelles de plantes peuvent réparer les bris double-brin en utilisant une voie semblable au MMBIR. La délétion de différents membres de la famille Whirly entraîne une accumulation importante de réarrangements dans le génome des organelles suite à l’induction de bris double-brin. Ces résultats indiquent que les Whirlies sont aussi importants pour la réparation fidèle des génomes d’organelles. En se basant sur des données biologiques et structurales, nous proposons un modèle où les Whirlies modulent la disponibilité de l’ADN simple-brin, régulant ainsi le choix des voies de réparation et permettant le maintien de la stabilité du génome des organelles. Les divers aspects de ce modèle seront testés au cours d’expériences futures ce qui mènera à une meilleure compréhension du maintien de la stabilité du génome des organelles.
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Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus.