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Covalent carcinogenic lesions in DNA: NMR studies of O6-methylguanosine containing oligonucleotide duplexes

1985; Elsevier BV; Volume: 67; Issue: 7-8 Linguagem: Francês

10.1016/s0300-9084(85)80180-2

1638-6183

D PATEL, Lawrence E. Shapiro, Sharon A. Kozlowski, Barbara L. Gaffney, Sandra Kuzmich, Roger A. Jones,

DNA Repair Mechanisms

Nous rapportons ici nos recherches sur la RMN à haute résolution des protons et du phosphore des duplex dodécanucléotidiques auto-complémentaires d(C1−G2−N3−G4−A5−A6−T7−T8−C9−O6meG10−C11−G12) que nous appellerons dorénavant O^meG.N 12-mers, N = C, T, A et G, qui contiennent les interactions N3.O6meG10 à l'intérieur de l'hélice. Ces séquences, contenant un seul O6meG modifié par brin, ont été préparées par synthèse de phosphoamidite et fournissent un excellent modèle pour sonder les bases structurelles de lésions carcinogènes covalentes dans le DNA. Des mesures de l'effet nucléaire d'Overhauser (NOE) et de la largeur des lignes d'imino protons démontrent que les bases N3 et O6meG10 s'empilent dans le duplex et sont encadrées par des paires stables de bases selon Watson et Crick à basse température pour les quatre duplex O6meG.N 12-mer. L'imino proton de T3 dans l'hélice de O6meG.T 12-mer et G3 dans celle de O6meG.G 12-mer, qui sont associées au site de modification, résonnent à des champs inhabituellement élevés (8,5 à 9,0 ppm) comparé aux imino protons des paires de bases Watson-Crick (12,5 à 12,4 ppm). Les protons base et sucre, non échangeables, ont été assignés à partir de mesures corrélées en deux dimensions (COSY) et de mesures de l'effet nucléaire d'Overhauser (NOESY) sur les hélices de O6meG.N 12-mer. La direction des NOE dépendants de la distance montre que tous les duplex O6meG.N sont des hélices dextrogyres en solution. Les angles de torsion glycosidiques sont dans les limites anti au site de modification du N3.O6meG10, sauf pour le O6meG10 dans le duplex O6meG.G 12-mer qui, lui, adopte une configuration syn. Ceci produit des NOE altérés entre la paire G3 (anti). O6meG10(syn) et les paires de bases G2.C11 et G4.C9 qui l'encadrent dans le duplex O6meG.G 12-mer. Nous observons un renversement du profil pour les pics croisés dans le spectre COSY reliant les protons sucre H1′ aux protons H2′, 2″ au niveau des résidus G2 et O6meG10 dans les duplex O6meG.N 12-mer, l'effet étant le moins prononcé pour l'hélice de O6meG.T 12-mer. Les données du déplacement chimique du proton et du NOE ont été analysées afin d'identifier les régions de perturbations conformationnelles associées aux sites de modification de N3.O6meG10 dans les duplex O6meG.N 12-mer. Le spectre du phophore du proton découplé du duplex O^meG.T 12-mer montre un squelette phosphodiester imperturbé, contrairement aux spectres du phosphore des duplex O6meG.C 12-mer, O6meG.G. 12-mer et O6meG.A 12-mer, qui exhibent des résonances de phosphore dispersées sur 2 ppm et caractéristiques de squelettes phosphodiester altérés au site de modification. Nous avançons des propositions pour des modèles d'appariement de N3.O6meG10, basées sur les données de RMN dispomibles et devant servir de guide pour la mise au point d'expériences futures. We report on proton and phosphorus high resolution NMR investigations of the self-complementary dodecanucleotide d(C1−G2−N3−G4−A5−A6−T7−T8−C9−O6meG10−C11−G12) duplexes (henceforth called O6meG.N 12-mers), N = C, T, A and G, which contain N3.O6meG10 interactions in the interior of the helix. These sequences containing a single modified O6meG per strand were prepared by phosphoamidite synthesis and provide an excellent model for probing the structural basis for covalent carcinogenic lesions in DNA. Distance dependent nuclear Overhauser effect (NOE) measurements and line widths of imino protons demonstrate that the N3 and O6meG.10 bases stack into the duplex and are flanked by stable Watson-Crick base pairs at low temperature for all four O6meG.N 12-mer duplexes. The imino proton of T3 in the O6meG.T 12-mer and G3 in the O6meG.G 12-mer helix, which are associated with the modification site, resonate at unusually high field (8.5 to 9.0 ppm) compared to imino protons in Watson-Crick base pairs (12.5 to 14.5 ppm). The nonexchangeable base and sugar protons have been assigned from two dimensional correlated (COSY) and nuclear Overhauser effect (NOESY) measurements on the O6meG.N 12-mer helices. The directionality of the distance dependent NOEs establish all O6meG.N duplexes to be right-handed helices in solution. The glycosidic torsion angles are in the anti range at the N3.O6meG10 modification site except for O6meG10 in the O6meG.G 12-mer duplex which adopts a syn configuration. This results in altered NOEs between the G3 (anti). O6meG10 (syn) pair and flanking G2.C11 and G4.C9 base pairs in the O6meG.G 12-mer duplex. We observe pattern reversal for cross peaks in the COSY spectrum linking the sugar H1′ protons with the H2′, 2″ protons at the G2 and O6meG10 residues in the O6meG.N 12-mer duplexes with the effect least pronounced for the O6meG.T 12-mer helix. The proton chemical shift and NOE data have been analyzed to identify regions of conformational perturbations associated with N3.O6meG10 modification sites in the O6meG.N 12-mer duplexes. The proton decoupled phosphorus spectrum of O6meG.T 12-mer duplex exhibits an unperturbed phosphodiester backbone in contrast to the phosphorus spectra of the O6meG.C 12-mer, O6meG.G 12-mer and O6meG.A 12-mer duplexes which exhibit phosphorus resonances dispersed over 2 ppm characteristic of altered phosphodiester backbones at the modification site. Tentative proposals are put forward for N3.O6meG10 pairing models based on the available NMR data and serve as a guide for the design of future experiments.