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トリアミノトリアジン-アクリジン結合体を用いたT:Tミスマッチを標的とする構造的基盤は、CTGリピートDNAにおけるU字型の頭部間四接合を誘導する
Structural Basis for Targeting T:T Mismatch with Triaminotriazine-Acridine Conjugate Induces a U-Shaped Head-to-Head Four-Way Junction in CTG Repeat DNA.
PMID: 32478511 DOI: 10.1021/jacs.0c03591.
抄録
強力なDNA結合性化合物であるトリアミノトリアジンアクリジンコンジュゲート（Z1）は、筋緊張性ジストロフィー1型などの神経疾患の原因となるCTGトリヌクレオチドリピートのT:Tミスマッチを標的にして機能するが、その結合機構は明らかになっていない。私たちは、3つのT:Tミスマッチを持つ3つの連続したCTGリピートを含むDNAとの複合体におけるZ1の結晶構造を解明しました。結晶構造解析の結果、CTGリピートの両端に2つのZ1分子が直接インターカレーションすることで、チミン塩基反転とDNAバックボーン変形が誘導され、4方向の接合部が形成されることが明らかになった。この複合体のコアは、予想外にもU字型のヘッドツーヘッドトポロジーを採用し、接合部位で各鎖のクロスオーバーを形成している。クロスオーバー接合部は、中心部のコアにある2つのG:C対の積み重ねによって保持されており、X字型に回転することで、2つの非平面的なマイナーグルーブ配向G-C-G-Cの4つの四角形を形成している。センターコアの両側にある2つのG:C対は、擬似連続二重DNAの形成に関与しています。GとCoのN7原子間には4つの金属を介した塩基対が観測され、この相互作用は中心接合部位を強く保持していることがわかった。リガンドによって誘導された新しいタイプの四方接合を明らかにするだけでなく、これらの観測は、非カノニカル DNA 超構造の形成に不可欠な Z1 の特定の超分子化学の我々 の理解を強化します。ここに記載されている構造的特徴は、リピート関連構造のミスマッチを標的とした新しい配列特異的リガンドの設計のための基礎として役立ちます。
The potent DNA-binding compound triaminotriazine-acridine conjugate (Z1) functions by targeting T:T mismatches in CTG trinucleotide repeats that are responsible for causing neurological diseases such as myotonic dystrophy type 1, but its binding mechanism remains unclear. We solved a crystal structure of Z1 in a complex with DNA containing three consecutive CTG repeats with three T:T mismatches. Crystallographic studies revealed that direct intercalation of two Z1 molecules at both ends of the CTG repeat induces thymine base flipping and DNA backbone deformation to form a four-way junction. The core of the complex unexpectedly adopts a U-shaped head-to-head topology to form a crossover of each chain at the junction site. The crossover junction is held together by two stacked G:C pairs at the central core that rotate with respect to each other in an X-shape to form two nonplanar minor-groove-aligned G·C·G·C tetrads. Two stacked G:C pairs on both sides of the center core are involved in the formation of pseudo-continuous duplex DNA. Four metal-mediated base pairs are observed between the N7 atoms of G and Co, an interaction that strongly preserves the central junction site. Beyond revealing a new type of ligand-induced, four-way junction, these observations enhance our understanding of the specific supramolecular chemistry of Z1 that is essential for the formation of a noncanonical DNA superstructure. The structural features described here serve as a foundation for the design of new sequence-specific ligands targeting mismatches in the repeat-associated structures.