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G-quadruplex DNA: initial characterization of the mechanisms of formation of oligomers by molecular mechanics
ADN G-cuádruple: caracterización inicial de los mecanismos de formación de oligómeros por mecánica molecular
Registro en:
10.18272/aci.v3i2.67
Autor
Méndez, Miguel Angel
Montero, Andrea C.
Institución
Resumen
The fabrication of nanostructures based on DNA as a material to build systems capable of complex functions is a frontier in continuous exploration. In this article it is reported the detailed characterization at atomic level of G-quadruplex units in order to obtain a better comprehension on how these units can self assemble into interlocked G-quadruplexes. The method used is modeling with molecular mechanics. Previously we reported the construction of interlocked G-quadruplexes by a thermal cyclic procedure (similar in implementation as the ones used in the cycling steps in a PCR protocol) parting from the sequence 5"™-TGGG-3"™. Based on our experimental data reported previously, models were built for the structures, and minimization and analyses via molecular mechanics was carried out in order to understand the factors that determine the more stable structures. It was found that the identity of the 5"™and 3"™ ends of the oligonucleotides is of the uppermost importance in the stability of the DNA assemblies in this study. Furthermore, the presence of cations in the regions of the molecule where the degree of steric hindrance allows more room for the cations could play a significant role in the dynamics of conformation of the supramolecule at those sites and possibly limiting or capping the self assembly of the structure. In summary, the results allow a better comprehension of the system at a molecular scale with the finality of developing more efficient procedures for the controlled fabrication of nanostructures based on G-quadruplex DNA. La fabricación de nanoestructuras usando ADN como material para construir sistemas capaces de realizar funciones complejas es una frontera en continua exploración. En este artículo se reporta la caracterización detallada a nivel atómico de unidades de G-cuádruple para obtener una mejor comprensión de cómo estas unidades se pueden auto ensamblar en oligómeros tipo G-cuádruple entrelazado (interlocked G-quadruplexes). Para esto se utilizaron métodos de modelación con mecánica molecular. Previamente reportamos la construcción de G-cuádruple entrelazados por un procedimiento térmico cíclico (similar en implementación al usado para el ciclado de un protocolo de PCR) partiendo de la secuencia 5"™-TGGG-3"™. Basados en nuestros datos experimentales reportados anteriormente se construyeron modelos para las estructuras y se minimizaron y analizaron vía mecánica molecular para entender los factores que determinan la estructura más estable. Se encontró que la identidad de los extremos 5"™y 3"™de los oligonucleótidos es de importancia fundamental en la estabilidad de los ensambles de ADN en el estudio. Además, los cationes en las regiones donde el grado de impedimento estérico permite más espacio para los mismos, pueden jugar un rol significativo en la dinámica de la conformación de la supramolecula en esos sitios, posiblemente limitando el auto ensamblaje de la estructura. En resumen, los resultados permiten mejorar la comprensión de este sistema a escala molecular permitiendo desarrollar procedimientos más eficientes para el control de la fabricación de nanoestructuras basadas en DNA G-cuádruple.