G-quadruplexe

Les G-quadruplexes, ou quartets de G ou tétrades de guanosines sont des structures secondaires que peuvent adopter les ADN ou ARN riches en guanines.

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ADN

Figure 1 : Structure d'un G-quadruplexe. Gauche : G-quartet. droite : G-quadruplexe intramoléculaire

Les G-quadruplexes, ou quartets de G ou tétrades de guanosines (G4) sont des structures secondaires que peuvent adopter les ADN (G4-DNA) ou ARN (G4-RNA) riches en guanines. Cette structure repose sur des appariements de base de type Hoogsteen formant un plateau de 4 guanines (G), aussi nommé «quartet». L'empilement parallèle et ininterrompu d'au moins 3 quartets, intercalés par un cation monovalent stabilisant la structure, forme le G4. Ceci implique une structure primaire d'ADN contenant 4 triplets de G pouvant se situer sur la même molécule d'ADN (G4 intramoléculaire) ou sur des molécules d'ADN différentes (G4 intermoléculaire) Les G-quartets et les structures G-quadruplexes ont été caractérisées pour la première fois en 1962 par diffraction de rayon X [1]. Elles ont été étudiées de manière détaillée in vitro, et il a été montré qu'elles se formaient dans des conditions de salinité et de pH physiologiques [2], et que de nombreuses protéines étaient capables de fixer, stabiliser, ou au contraire dérouler ces structures in vitro (pour revue [3]).

Des G-quadruplexes dans le vivant?

Des études bioinformatiques récentes révèlent une forte présence de séquences potentiellement capables de former des G-quadruplexes dans l'ensemble des génomes analysés jusqu'alors. Ces séquences sont fortement enrichies à certains loci surtout au niveau des promoteurs, et cela concerne surtout certaines classes de gènes, tandis que d'autres en sont dépourvus. Ceci suggère un rôle conservé de contrôle, d'épissage ou de traduction pour ces structures secondaires. Outre ce rôle putatif dans le contrôle de l'expression des gènes, les G4 semblent intervenir dans de nombreux autres processus cellulaires, comme la biogénèse des ribosomes et la maturation des ARN ribosomiques, la recombinaison homologue, la régulation de la taille des télomères par inhibition de la télomérase, et l'inhibition de la réplication des ADN ribosomiques et des télomères. L'implication des G4 dans ces mécanismes où l'ADN est activement ouvert est cohérente avec l'idée que le G4 ne peut se former que quand l'ADN (ou l'ARN) se trouve sous forme simple brin. Malgré la prédiction de la plupart de ces séquences dans les génomes, l'existence de ces structures in vivo reste controversée et n'est soutenue que par deux études. La première est la visualisation avec anticorps extrêmement affins des G-quadruplexes constitués par les télomères du Cilié Stylonychia lemnæ [4] mais aussi le rôle de deux protéines télomériques (TEBPα et ß) dans la formation de cette structure démontrant un rôle important des G-quadruplexes dans le métabolisme des télomères [5]. La seconde étude montre la formation de G-quadruplexes au cours de la transcription chez E. coli, par microscopie électronique [6].

Structure 3D d'un G-quadruplexe constitué par la séquence télomérique humaine (brin G) (PDB ID 2HY9). Le squelette phosphate est représenté par un tube. Le centre de la structure contient 3 empilements successifs de G-quartet. Les liaisons hydrogènes sont représentées par des lignes bleues.

Références

  1. ↑ GELLERT M, LIPSETT MN, DAVIES DR. Helix formation by guanylic acid. Proc Natl Acad Sci U S A. 1962 Dec 15;48 :2013-8
  2. ↑ Parkinson GN, Lee MP, Neidle S. Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA. Nature. 2002 Jun 20;417 (6891)  :876-80. Epub 2002 May 26.
  3. ↑ In vivo veritas : Using yeast to probe the biological functions of G-quadruplexes. Johnson JE, Smith JS, Kozak ML, Johnson FB. Biochimie. 2008 Feb 21
  4. ↑ Schaffitzel C, Berger I, Postberg J, Hanes J, Lipps HJ, Plückthun A. In vitro generated antibodies specific for telomeric guanine-quadruplex DNA react with Stylonychia lemnæ macronuclei. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Jul 17;98 (15)  :8572-7
  5. ↑ Pæschke K, Simonsson T, Postberg J, Rhodes D, Lipps HJ. Telomere end-binding proteins control the formation of G-quadruplex DNA structures in vivo. Nat Struct Mol Biol. 2005 Oct;12 (10)  :847-54
  6. ↑ Duquette ML, Handa P, Vincent JA, Taylor AF, Maizels N. Intracellular transcription of G-rich DNAs induces formation of G-loops, novel structures containing G4 DNA. Genes Dev. 2004 Jul 1;18 (13)  :1618-29.

Livres

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