Recognition of nucleic acids by metal ion complexes

Metal-ion-mediated base-pairing of nucleic acids has attracted considerable attention during the past decade, since it offers means to expand the genetic code by artificial base-pairs, to create predesigned molecular architecture by metal-ion-mediated inter- or intra-strand cross-links, or to convert double stranded DNA to a nano-scale wire. Such applications largely depend on the presence of a modified nucleobase in both strands engaged in the duplex formation. Hybridization of metal-ion-binding oligonucleotide analogs with natural nucleic acid sequences has received much less attention in spite of obvious applications. While the natural oligonucleotides hybridize with high selectivity, their affinity for complementary sequences is inadequate for a number of applications. In the case of DNA, for example, more than 10 consecutive Watson-Crick base pairs are required for a stable duplex at room temperature, making targeting of sequences shorter than this challenging. For example, many types of cancer exhibit distinctive profiles of oncogenic miRNA, the diagnostics of which is, however, difficult owing to the presence of only short single stranded loop structures. Metallo-oligonucleotides, with their superior affinity towards their natural complements, would offer a way to overcome the low stability of short duplexes. In this study a number of metal-ion-binding surrogate nucleosides were prepared and their interaction with nucleoside 5´-monophosphates (NMPs) has been investigated by 1H NMR spectroscopy. To find metal ion complexes that could discriminate between natural nucleobases upon double helix formation, glycol nucleic acid (GNA) sequences carrying a PdII ion with vacant coordination sites at a predetermined position were synthesized and their affinity to complementary as well as mismatched counterparts quantified by UV-melting measurements.

Structural rules for the formation of backbone-backbone interactions between closely packed RNA double helices

Les interactions entre les squelettes sucre-phosphate de nucléotides jouent un rôle important dans la stabilisation des structures tertiaires de larges molécules d’ARN. Elles sont régies par des règles particulières qui gouverne leur formation mais qui jusque là demeure quasiment inconnues. Un élément structural d’ARN pour lequel les interactions sucre-phosphate sont importantes est le motif d’empaquetage de deux doubles hélices d’ARN le long du sillon mineur. Ce motif se trouve à divers endroits dans la structure du ribosome. Il consiste en deux doubles hélices interagissant de manière à ce que le squelette sucre-phosphate de l’une se niche dans le sillon mineur de l’autre et vice versa. La surface de contact entre les deux hélices est majoritairement formée par les riboses et implique au total douze nucléotides. La présente thèse a pour but d’analyser la structure interne de ce motif et sa dépendance de stabilité résultant de l’association optimale ou non des hélices, selon leurs séquences nucléotidiques. Il est démontré dans cette thèse qu’un positionnement approprié des riboses leur permet de former des contacts inter-hélices, par l’entremise d’un choix particulier de l’identité des pairs de bases impliquées. Pour différentes pairs de bases participant à ce contact inter-hélices, l’identité optimale peut être du type Watson-Crick, GC/CG, or certaines pairs de bases non Watson-Crick. Le choix adéquat de paires de bases fournit une interaction inter-hélice stable. Dans quelques cas du motif, l’identité de certaines paires de bases ne correspond pas à la structure la plus stable, ce qui pourrait refléter le fait que ces motifs devraient avoir une liberté de formation et de déformation lors du fonctionnement du ribosome.

Genetic studies on the role of type IA DNA topoisomerases in DNA metabolism and genome maintenance in Escherichia coli

Le surenroulement de l’ADN est important pour tous les processus cellulaires qui requièrent la séparation des brins de l’ADN. Il est régulé par l’activité enzymatique des topoisomérases. La gyrase (gyrA et gyrB) utilise l’ATP pour introduire des supertours négatifs dans l’ADN, alors que la topoisomérase I (topA) et la topoisomérase IV (parC et parE) les éliminent. Les cellules déficientes pour la topoisomérase I sont viables si elles ont des mutations compensatoires dans un des gènes codant pour une sous-unité de la gyrase. Ces mutations réduisent le niveau de surenroulement négatif du chromosome et permettent la croissance bactérienne. Une de ces mutations engendre la production d'une gyrase thermosensible. L’activité de surenroulement de la gyrase en absence de la topoisomérase I cause l’accumulation d’ADN hyper-surenroulé négativement à cause de la formation de R-loops. La surproduction de la RNase HI (rnhA), une enzyme qui dégrade l’ARN des R-loops, permet de prévenir l’accumulation d’un excès de surenroulement négatif. En absence de RNase HI, des R-loops sont aussi formés et peuvent être utilisés pour déclencher la réplication de l’ADN indépendamment du système normal oriC/DnaA, un phénomène connu sous le nom de « constitutive stable DNA replication » (cSDR). Pour mieux comprendre le lien entre la formation de R-loops et l’excès de surenroulement négatif, nous avons construit un mutant conditionnel topA rnhA gyrB(Ts) avec l’expression inductible de la RNase HI à partir d’un plasmide. Nous avons trouvé que l’ADN des cellules de ce mutant était excessivement relâché au lieu d'être hypersurenroulé négativement en conditions de pénurie de RNase HI. La relaxation de l’ADN a été montrée comme étant indépendante de l'activité de la topoisomérase IV. Les cellules du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) forment de très longs filaments remplis d’ADN, montrant ainsi un défaut de ségrégation des chromosomes. La surproduction de la topoisomérase III (topB), une enzyme qui peut effectuer la décaténation de l’ADN, a corrigé les problèmes de ségrégation sans toutefois restaurer le niveau de surenroulement de l’ADN. Nous avons constaté que des extraits protéiques du mutant topA rnhA gyrB(Ts) pouvaient inhiber l’activité de surenroulement négatif de la gyrase dans des extraits d’une souche sauvage, suggérant ainsi que la pénurie de RNase HI avait déclenché une réponse cellulaire d’inhibition de cette activité de la gyrase. De plus, des expériences in vivo et in vitro ont montré qu’en absence de RNase HI, l’activité ATP-dépendante de surenroulement négatif de la gyrase était inhibée, alors que l’activité ATP-indépendante de cette enzyme demeurait intacte. Des suppresseurs extragéniques du défaut de croissance du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) qui corrigent également les problèmes de surenroulement et de ségrégation des chromosomes ont pour la plupart été cartographiés dans des gènes impliqués dans la réplication de l’ADN, le métabolisme des R-loops, ou la formation de fimbriae. La deuxième partie de ce projet avait pour but de comprendre les rôles des topoisomérases de type IA (topoisomérase I et topoisomérase III) dans la ségrégation et la stabilité du génome de Escherichia coli. Pour étudier ces rôles, nous avons utilisé des approches de génétique combinées avec la cytométrie en flux, l’analyse de type Western blot et la microscopie. Nous avons constaté que le phénotype Par- et les défauts de ségrégation des chromosomes d’un mutant gyrB(Ts) avaient été corrigés en inactivant topA, mais uniquement en présence du gène topB. En outre, nous avons démontré que la surproduction de la topoisomérase III pouvait corriger le phénotype Par- du mutant gyrB(Ts) sans toutefois corriger les défauts de croissance de ce dernier. La surproduction de topoisomérase IV, enzyme responsable de la décaténation des chromosomes chez E. coli, ne pouvait pas remplacer la topoisomérase III. Nos résultats suggèrent que les topoisomérases de type IA jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes lorsque la gyrase est inefficace. Pour étudier le rôle des topoisomérases de type IA dans la stabilité du génome, la troisième partie du projet, nous avons utilisé des approches génétiques combinées avec des tests de « spot » et la microscopie. Nous avons constaté que les cellules déficientes en topoisomérase I avaient des défauts de ségrégation de chromosomes et de croissance liés à un excès de surenroulement négatif, et que ces défauts pouvaient être corrigés en inactivant recQ, recA ou par la surproduction de la topoisomérase III. Le suppresseur extragénique oriC15::aph isolé dans la première partie du projet pouvait également corriger ces problèmes. Les cellules déficientes en topoisomérases de type IA formaient des très longs filaments remplis d’ADN d’apparence diffuse et réparti inégalement dans la cellule. Ces phénotypes pouvaient être partiellement corrigés par la surproduction de la RNase HI ou en inactivant recA, ou encore par des suppresseurs isolés dans la première partie du projet et impliques dans le cSDR (dnaT18::aph et rne59::aph). Donc, dans E. coli, les topoisomérases de type IA jouent un rôle dans la stabilité du génome en inhibant la réplication inappropriée à partir de oriC et de R-loops, et en empêchant les défauts de ségrégation liés à la recombinaison RecA-dépendante, par leur action avec RecQ. Les travaux rapportés ici révèlent que la réplication inappropriée et dérégulée est une source majeure de l’instabilité génomique. Empêcher la réplication inappropriée permet la ségrégation des chromosomes et le maintien d’un génome stable. La RNase HI et les topoisomérases de type IA jouent un rôle majeur dans la prévention de la réplication inappropriée. La RNase HI réalise cette tâche en modulant l’activité de surenroulement ATP-dependante de la gyrase, et en empêchant la réplication à partir des R-loops. Les topoisomérases de type IA assurent le maintien de la stabilité du génome en empêchant la réplication inappropriée à partir de oriC et des R-loops et en agissant avec RecQ pour résoudre des intermédiaires de recombinaison RecA-dépendants afin de permettre la ségrégation des chromosomes.

Interaction entre la RNase HI et la RNase E dans le métabolisme des R-loops et la dégradation des ARNms chez Escherichia coli.

Chez la bactérie Escherichia coli, la topoisomérase I et la gyrase représentent deux topoisomérases majeures qui participent à la régulation du surenroulement de l’ADN. Celles-ci sont codées respectivement par les gènes topA et par gyrA et gyrB. Chez les mutants topA, l’excès de surenroulement négatif qui est généré en amont de la polymérase ARN lors de la phase d’élongation de la transcription de l’ADN, entraine la formation de R-loops. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui in vivo sont formés lorsque l’ARN nouvellement transcrit forme un hybride avec le brin d’ADN matrice, le brin d’ADN complémentaire demeurant sous forme simple brin. La RNase HI est une endoribonucléase codée par le gène rnhA. Elle dégrade l’ARN de R-loops, entre autres, pour empêcher l’initiation de la réplication à des sites autres que l’origine normale, oriC. Chez les mutants rnhA, on observe une réplication indépendante de l’origine oriC. Ce type de réplication appelé cSDR, pourrait donc expliquer, du moins en partie, l’inhibition de la croissance de doubles mutants topA rnhA. A l’aide de la mutagenèse au transposon Tn5, il a été possible d’isoler des suppresseurs extragéniques qui permettaient la croissance des doubles mutants topA rnhA. Plusieurs de ces suppresseurs ont le transposon inséré dans le gène codant pour la RNase E, l’endoribonucléase principale impliquée dans la dégradation des ARNms chez E. coli. La majorité des insertions se retrouvent dans la partie C-terminale de la protéine qui est impliquée dans l’assemblage d’un complexe multiprotéique appelé l’ARN dégradosome. Les résultats obtenus démontrent que ces suppresseurs diminuent le cSDR ainsi que la réponse SOS induite constitutivement en l’absence de la RNase HI. Sachant que la RNase HI est une endoribonucléase tout comme la RNase E, une collaboration entre les deux enzymes suggère que la RNase E pourrait également jouer un rôle potentiel dans le contrôle de la formation des R-loops et bien évidemment de leur retrait au sein de la cellule. À l’opposé, il est possible que la RNase HI puisse avoir comme autre fonction la prise en charge de la maturation et de la dégradation des molécules d’ARNs.

Rôle de la tolérance centrale et périphérique des lymphocytes T autoréactifs dans deux nouveaux modèles murins double transgéniques

Les maladies autoimmunes sont des affections chroniques, le plus souvent invalidantes, qui touchent plus de 5% de la population dans les pays développés. L’autoimmunité résulte de la rupture des mécanismes de tolérance du système immunitaire vis-à-vis des autoantigènes exprimés par les tissus de l’organisme, entraînant la destruction d’un ou de plusieurs organes-cibles par les lymphocytes T et/ou B. L’hépatite autoimmune et le diabète autoimmun se caractérisent par la destruction sélective des hépatocytes et des cellules beta pancréatiques, respectivement. De plus en plus d’arguments suggèrent une implication des lymphocytes T CD8+ dans le déclenchement, la progression et la régulation des réponses associées à plusieurs maladies autoimmunes. Dans ce projet, nous avons suivi l’évolution de clones de lymphocytes T CD8+ spécifiques à un antigène particulier dont le site d’expression différait. Pour ce faire, nous avons développé deux nouveaux modèles murins double transgéniques par croisement entre une lignée de souris exprimant un TCR transgénique spécifique à la nucléoprotéine (NP) du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), et une souris exprimant cette NP-LCMV : 1) uniquement dans les hépatocytes (modèle d’hépatite autoimmune), ou 2) simultanément dans le thymus et le pancréas (modèle de diabète autoimmun). L’avidité fonctionnelle des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP chez les souris TCR transgéniques était inversement proportionnelle au niveau d’expression du TCR. Le répertoire lymphocytaire dans le thymus, la rate, les ganglions et le sang périphérique a été caractérisé pour chacune des lignées de souris double transgéniques, de même que la capacité fonctionnelle et le phénotype (marqueurs d’activation/mémoire) des lymphocytes T CD8+ autoréactifs. Chacun des deux nouveaux modèles présentés dans cette étude ont montré que les lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP sont aptes à briser la tolérance centrale et périphérique et à provoquer une réaction d’autoimmunité spontanée. Dans le modèle d’hépatite autoimmune, où l’expression de l’autoantigène était restreinte au foie, la surexpression du TCR transgénique a entraîné une délétion thymique quasi-totale des lymphocytes T CD8+ spécifiques à la NP prévenant le développement d’une hépatite spontanée. alors qu’un niveau de TCR comparable à celui d’une souris de type sauvage a permis une sélection positive des lymphocytes autoréactifs qui se sont accumulés dans le foie où ils se sont activés pour provoquer une hépatite autoimmune spontanée. Dans le modèle de diabète autoimmun, où l’autoantigène était exprimé dans le pancréas et le thymus, les souris des deux lignées double transgéniques ont montré une délétion thymique partielle, peu importe le niveau d’expression du TCR. Seuls les mâles adultes développaient un diabète spontané et une partie de leurs lymphocytes T CD8+ exprimaient une combinaison particulière de marqueurs d’activation/mémoire (CD44, CD122, PD-1). Cette population lymphocytaire était absente chez les souris femelles et les mâles sains. L’étude de la tolérance des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans nos deux nouveaux modèles murins double transgéniques a permis d’identifier des mécanismes alternatifs possiblement impliqués dans la tolérance et l’activation, et de mieux comprendre le rôle des lymphocytes T CD8+ autoréactifs dans le processus autoimmun menant à l’hépatite autoimmune et au diabète autoimmun. Ces découvertes seront utiles pour développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblant les lymphocytes T CD8+ autoréactifs.

Subseasonal extremes of precipitation and active-break cycles of the Indian summer monsoon in a climate-change scenario

Changes to the behaviour of subseasonal precipitation extremes and active-break cycles of the Indian summer monsoon are assessed in this study using pre-industrial and 2 × CO2 integrations of the Hadley Centre coupled model HadCM3, which is able to simulate the monsoon seasonal cycle reasonably. At 2 × CO2, mean summer rainfall increases slightly, especially over central and northern India. The mean intensity of daily precipitation during the monsoon is found to increase, consistent with fewer wet days, and there are increases to heavy rain events beyond changes in the mean alone. The chance of reaching particular thresholds of heavy rainfall is found to approximately double over northern India, increasing the likelihood of damaging floods on a seasonal basis. The local distribution of such projections is uncertain, however, given the large spread in mean monsoon rainfall change and associated extremes amongst even the most recent coupled climate models. The measured increase of the heaviest precipitation events over India is found to be broadly in line with the degree of atmospheric warming and associated increases in specific humidity, lending a degree of predictability to changes in rainfall extremes. Active-break cycles of the Indian summer monsoon, important particularly due to their effect on agricultural output, are shown to be reasonably represented in HadCM3, in particular with some degree of northward propagation. We note an intensification of both active and break events, particularly when measured against the annual cycle, although there is no suggestion of any change to the duration or likelihood of monsoon breaks. Copyright © 2009 Royal Meteorological Society

AtTRB1, a telomeric DNA-binding protein from Arabidopsis, is concentrated in the nucleolus and shows highly dynamic association with chromatin

AtTRB1, 2 and 3 are members of the SMH (single Myb histone) protein family, which comprises double-stranded DNA-binding proteins that are specific to higher plants. They are structurally conserved, containing a Myb domain at the N-terminus, a central H1/H5-like domain and a C-terminally located coiled-coil domain. AtTRB1, 2 and 3 interact through their Myb domain specifically with telomeric double-stranded DNA in vitro, while the central H1/H5-like domain interacts non-specifically with DNA sequences and mediates protein–protein interactions. Here we show that AtTRB1, 2 and 3 preferentially localize to the nucleus and nucleolus during interphase. Both the central H1/H5-like domain and the Myb domain from AtTRB1 can direct a GFP fusion protein to the nucleus and nucleolus. AtTRB1–GFP localization is cell cycle-regulated, as the level of nuclear-associated GFP diminishes during mitotic entry and GFP progressively re-associates with chromatin during anaphase/telophase. Using fluorescence recovery after photobleaching and fluorescence loss in photobleaching, we determined the dynamics of AtTRB1 interactions in vivo. The results reveal that AtTRB1 interaction with chromatin is regulated at two levels at least, one of which is coupled with cell-cycle progression, with the other involving rapid exchange.

Repair of abasic sites in DNA

Repair of both normal and reduced AP sites is activated by AP endonuclease, which recognizes and cleaves a phosphodiester bond 5' to the AP site. For a short period of time an incised AP site is occupied by poly(ADP-ribose) polymerase and then DNA polymerase beta adds one nucleotide into the repair gap and simultaneously removes the 5'-sugar phosphate. Finally, the DNA ligase III/XRCC1 complex accomplishes repair by sealing disrupted DNA ends. However, long-patch BER pathway, which is involved in the removal of reduced abasic sites, requires further DNA synthesis resulting in strand displacement and the generation of a damage-containing flap that is later removed by the flap endonuclease. Strand-displacement DNA synthesis is accomplished by DNA polymerase delta/epsilon and DNA ligase I restores DNA integrity. DNA synthesis by DNA polymerase delta/epsilon is dependent on proliferating cell nuclear antigen, which also stimulates the DNA ligase I and flap endonuclease. These repair events are supported by multiple protein-protein interactions. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural studies on acridine derivatives binding to telomeric DNA

Acridine derivatives can inhibit a variety of nuclear enzymes by binding or intercalating to DNA. This class of compounds is of great interest in the development of novel anticancer agents. Despite the availability of crystallographic data for some of the compounds complexed with DNA, uncertainties remain about the mechanisms of action, binding preferences and biological targets. To investigate the intercalation of several acridine derivatives, a variety of techniques are being employed. Single-crystal X-ray diffraction is being used to determine the high resolution three-dimensional structure of short sequences of quadruplex telomeric DNA with bound drug. This will be compared to the effect of drug binding to long segments of double-stranded DNA using fibre diffraction, with neutron diffraction studies planned to analyse the hydrogen bonding patterns of the DNA-drug complexes. Small-angle neutron scattering (SANS) will also be applied to study drug binding to both short and long sequences of quadruplex and double-stranded DNA in solution. Initial SANS measurements of the telomeric repeat d(TGGGGT) imply that this hexamer is present as a quadruplex. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

DNA cleavage and antitumour activity of platinum(II) and copper(II) compounds derived from 4-methyl-2-N-(2-pyridylmethyl)aminophenol: spectroscopic, electrochemical and biological investigation

The reaction of the redox-active ligand, Hpyramol (4-methyl-2-N-(2-pyridylmethyl)aminophenol) with K2PtCl4 yields monofunctional square-planar [Pt(pyrimol)Cl], PtL-Cl, which was structurally characterised by single-crystal X-ray diffraction and NMR spectroscopy. This compound unexpectedly cleaves supercoiled double-stranded DNA stoichiometrically and oxidatively, in a non-specific manner without any external reductant added, under physiological conditions. Spectro-electrochemical investigations of PtL-Cl were carried out in comparison with the analogue CuL-Cl as a reference compound. The results support a phenolate oxidation, generating a phenoxyl radical responsible for the ligand-based DNA cleavage property of the title compounds. Time-dependent in vitro cytotoxicity assays were performed with both PtL-Cl and CuL-Cl in various cancer cell lines. The compound CuL-Cl overcomes cisplatin-resistance in ovarian carcinoma and mouse leukaemia cell lines, with additional activity in some other cells. The platinum analogue, PtL-Cl also inhibits cell-proliferation selectively. Additionally, cellular-uptake studies performed for both compounds in ovarian carcinoma cell lines showed that significant amounts of Pt and Cu were accumulated in the A2780 and A2780R cancer cells. The conformational and structural changes induced by PtL-Cl and CuL-Cl on calf thymus DNA and phi X174 supercoiled phage DNA at ambient conditions were followed by electrophoretic mobility assay and circular dichroism spectroscopy. The compounds induce extensive DNA degradation and unwinding, along with formation of a monoadduct at the DNA minor groove. Thus, hybrid effects of metal-centre variation, multiple DNA-binding modes and ligand-based redox activity towards cancer cell-growth inhibition have been demonstrated. Finally, reactions of PtL-Cl with DNA model bases (9-Ethylguanine and 5'-GMP) followed by NMR and MS showed slow binding at Guanine-N7 and for the double stranded self complimentary oligonucleotide d(GTCGAC)(2) in the minor groove.

Inhibition of cellular proliferation by the genistein metabolite 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone is mediated by DNA damage and activation of the ATR signalling pathway

The cellular actions of genistein, and its in vivo metabolites, are believed to mediate the decreased risk of breast cancer associated with high soy consumption. The genistein metabolite, 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone (THIF), induced G2-M cell cycle arrest in T47D tumorigenic breast epithelial cells via a mechanism involving the activation of ataxia telangiectasia and Rad3-related kinase (ATR) via its phosphorylation at Ser(428). This activation of ATR appeared to result from THIF-induced increases in intracellular oxidative stress, a depletion of cellular GSH and an increase in DNA strand breakage. THIF treatment also led to an inhibition of cdc2, which was accompanied by the phosphorylation of both p53 (Ser(15)) and Chk1 (Ser(296)) and the de-activation of cdc25C phosphatase. We suggest the anti-proliferative actions of THIF may be mediated by initial oxidative DNA damage, activation of ATR and downstream regulation of the p53 and Chk1 pathways leading to cell cycle arrest in G2-M. This may represent one mechanism by which genistein exerts its cellular activity in vivo. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Structure determination of an intercalating ruthenium dipyridophenazine complex which kinks DNA by semiintercalation of a tetraazaphenanthrene ligand

We describe a crystal structure, at atomic resolution (1.1 Å, 100 K), of a ruthenium polypyridyl complex bound to duplex DNA, in which one ligand acts as a wedge in the minor groove, resulting in the 51° kinking of the double helix. The complex cation Λ-[Ru(1,4,5,8-tetraazaphenanthrene)2(dipyridophenazine)]2+ crystallizes in a 1∶1 ratio with the oligonucleotide d(TCGGCGCCGA) in the presence of barium ions. Each complex binds to one duplex by intercalation of the dipyridophenazine ligand and also by semiintercalation of one of the orthogonal tetraazaphenanthrene ligands into a second symmetrically equivalent duplex. The result is noncovalent cross-linking and marked kinking of DNA.

Structural characterization of a new crystal form of the four-way Holliday junction formed by the DNA sequence d(CCGGTACCGG)2: sequence versus lattice?

DNA-strand exchange is a vital step in the recombination process, of which a key intermediate is the four-way DNA Holliday junction formed transiently in most living organisms. Here, the single-crystal structure at a resolution of 2.35 Å of such a DNA junction formed by d(CCGGTACCGG)2, which has crystallized in a more highly symmetrical packing mode to that previously observed for the same sequence, is presented. In this case, the structure is isomorphous to the mismatch sequence d(CCGGGACCGG)2, which reveals the roles of both lattice and DNA sequence in determining the junction geometry. The helices cross at the larger angle of 43.0° (the previously observed angle for this sequence was 41.4°) as a right-handed X. No metal cations were observed; the crystals were grown in the presence of only group I counter-cations.

Guanine specific binding at a DNA junction formed by d[CG(5-BrU)ACG]2 with a topoisomerase poison in the presence of Co2+Ions†,‡

The structure of the duplex d[CG(5-BrU)ACG]2 bound to 9-bromophenazine-4-carboxamide has been solved through MAD phasing at 2.0 Å resolution. It shows an unexpected and previously unreported intercalation cavity stabilized by the drug and novel binding modes of Co2+ ions at certain guanine N7 sites. For the intercalation cavity the terminal cytosine is rotated to pair with the guanine of a symmetry-related duplex to create a pseudo-Holliday junction geometry, with two such cavities linked through the minor groove interactions of the N2/N3 guanine sites at an angle of 40°, creating a quadruplex-like structure. The mode of binding of the drug is shown to be disordered, with the major conformations showing the side chain bound to the N7 position of adjacent guanines. The other end of the duplex exhibits a terminal base fraying in the presence of Co2+ ions linking symmetry-related guanines, causing the helices to intertwine through the minor groove. The stabilization of the structure by the intercalating drug shows that this class of compound may bind to DNA junctions as well as duplex DNA or to strand-nicked DNA (‘hemi-intercalated'), as in the cleavable complex. This suggests a structural basis for the dual poisoning of topoisomerase I and II enzymes by this family of drugs.

Determination by MAD-DM of the structure of the DNA duplex d[ACGTACG(5-BrU)]2 at 1.46 Å and 100 K

A four-wavelength MAD experiment on a new brominated octanucleotide is reported here. d[ACGTACG(5-BrU)], C77H81BrN30O32P7, (DNA) = 2235, tetragonal, P43212 (No. 96), a = 43.597, c = 26.268 Å, V = 49927.5 Å3, Z = 8, T = 100 K, R = 10.91% for 4312 reflections between 15.0 and 1.46 Å resolution. The self-complementary brominated octanucleotide d[ACGTACG(5-BrU)]2 has been crystallized and data measured to 1.45 Å at both 293 K and a second crystal flash frozen at 100 K. The latter data collection was carried out to the same resolution at the four wavelengths 0.9344, 0.9216, 0.9208 and 0.9003 Å, around the Br K edge at 0.92 Å and the structure determined from a map derived from a MAD data analysis using pseudo-MIR methodology, as implemented in the program MLPHARE. This is one of the first successful MAD phasing experiments carried out at Sincrotrone Elettra in Trieste, Italy. The structure was refined using the data measured at 0.9003 Å, anisotropic temperature factors and the restrained least-squares refinement implemented in the program SHELX96, and the helical parameters are compared with those previously determined for the isomorphous d(ACGTACGT)2 analogue. The asymmetric unit consists of a single strand of octamer with 96 water molecules. No countercations were located. The A-DNA helix geometry obtained has been analysed using the CURVES program.