1. Thioflavin T fluorescence and NMR spectroscopy suggesting a non-G-quadruplex structure for a sodium binding aptamer embedded in DNAzymes
- Author
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Saran, Runjhun, Piccolo, Kyle A., He, Yanping, Kang, Yongqiang, Huang, Po-Jung Jimmy, Wei, Chunying, Chen, Da, Dieckmann, Thorsten, and Liu, Juewen
- Subjects
Fluorescence spectroscopy -- Methods ,Nuclear magnetic resonance spectroscopy -- Methods ,Chemistry - Abstract
Recently, a [Na.sup.+]-binding aptamer was reported to be embedded in a few RNA-cleaving DNAzymes, including NaA43, Ce13d, and NaH1. The [Na.sup.+] aptamer consists of multiple GG stretches, which is a prerequisite for the formation of G-quadruplex (G4) structures. These DNAzymes require [Na.sup.+] for activity but show no activity in the presence of [K.sup.+] or other metal ions. Given that DNA can selectively bind [K.sup.+] by forming a G4 structure, this work aims to answer whether this [Na.sup.+] aptamer also uses a G4 to bind [Na.sup.+]. Through comparative ThT fluorescence spectrometry studies, while a control G4 DNA exhibited notable fluorescence enhancement up to 5 mM [K.sup.+] with a [K.sub.d] of 0.28 [+ or -] 0.06 mM, the Ce13d DNAzyme fluorescence was negligibly perturbed with similar concentrations of [K.sup.+]. Opposed to this, Ce13d displayed specific remarkable fluorescence decrease with low millimolar concentrations of [Na.sup.+]. NMR experiments at two different pH values suggest that Ce13d adopts a significantly different conformation or equilibrium of conformations in the presence of [Na.sup.+] versus [K.sup.+] and has a more stable structure in the presence of [Na.sup.+]. Additionally, absence of characteristic G4 peaks in one-dimensional [.sup.1]HNMR suggest that G4 is not responsible for the [Na.sup.+] binding. This hypothesis is confirmed by the absence of characteristic peaks in the CD spectra of this sequence. Therefore, we concluded that the aptamer must be selective for [Na.sup.+] and that it binds [Na.sup.+] using a structural element that does not contain G4. Key words: aptamers, DNAzymes, sodium, fluorescence, NMR. Recemment, on rapportait qu'un aptamere liant le [Na.sup.+] s'incorporait dans quelques ADNzymes de clivage de l'ARN, dont NaA43, Ce13d et NaH1. L'aptamere a [Na.sup.+] se compose de plusieurs sequences GG, qui sont essentielles a la formation de structures G-quadruplexe (G4). La presence de l'ion [Na.sup.+] est necessaire a l'activite de ces ADNzymes. En effet ces dernieres ne montrent aucune activite en presence de [K.sup.+] ou d'autres ions metalliques. Etant donne que l'ADN peut lier selectivement au [K.sup.+] en formant une structure G4, le but de ces travaux consiste a verifier si cet aptamere a [Na.sup.+] forme aussi une structure G4 pour se lier au [Na.sup.+]. Par des etudes comparatives de spectrometrie de fluorescence a la thioflavine T (ThT), nous avons montre que bien qu'un ADN de structure G4 a titre de temoin presente une amplification notable de la fluorescence a des concentrations allant jusqu'a de 5 mM de [K.sup.+] avec une constante [K.sub.d] de 0,28 [+ or -] 0,06 mM, la perturbation de la fluorescence de l'ADNzyme Ce13d etait negligeable a des concentrations de [K.sup.+] similaires. Au contraire, le Ce13d a affiche une diminution particulierement marquee de la fluorescence aux concentrations millimolaires inferieures de [Na.sup.+]. Les experiences de RMN a deux valeurs de pH differentes semblent indiquer qu'en presence de [Na.sup.+], le Ce13d adopte une conformation ou des conformations a l'equilibre substantiellement differentes par rapport a celles adoptees en presence de [K.sup.+], et que sa structure est plus stable en presence de [Na.sup.+]. De plus, l'absence de pics caracteristiques de la structure G4 en RMN [.sup.1]H 1D laisse supposer que la structure G4 n'est pas responsable de la liaison avec le [Na.sup.+]. Cette hypothese est confirmee par l'absence de pics caracteristiques dans les spectres de dichroisme circulaire de cette sequence. Par consequent, nous avons conclu que l'aptamere doit etre selectif pour l'ion [Na.sup.+] et qu'il se lie au [Na.sup.+] au moyen d'un element structural qui ne comporte pas de structure G4. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: aptameres, ADNzymes, sodium, fluorescence, RMN., 1. Introduction Understanding metal binding to DNA is important not only for studying the biological functions of DNA, but also for biosensor development, (1,2) drug development, (3) and nanotechnology. (4) [...]
- Published
- 2021
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