Understanding the Interactions of Guanine Quadruplexes with Peptides as Novel Strategies for Diagnosis or Tuning Biological Functions.
DNA
RNA
guanine quadruplexes
molecular modeling
peptides
spectroscopy
Journal
Chembiochem : a European journal of chemical biology
ISSN: 1439-7633
Titre abrégé: Chembiochem
Pays: Germany
ID NLM: 100937360
Informations de publication
Date de publication:
14 03 2023
14 03 2023
Historique:
revised:
03
01
2023
received:
02
11
2022
pubmed:
5
1
2023
medline:
17
3
2023
entrez:
4
1
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Guanine quadruplexes (G4s) are nucleic acid structures exhibiting a complex structural behavior and exerting crucial biological functions in both cells and viruses. The specific interactions of peptides with G4s, as well as an understanding of the factors driving the specific recognition are important for the rational design of both therapeutic and diagnostic agents. In this review, we examine the most important studies dealing with the interactions between G4s and peptides, highlighting the strengths and limitations of current analytic approaches. We also show how the combined use of high-level molecular simulation techniques and experimental spectroscopy is the best avenue to design specifically tuned and selective peptides, thus leading to the control of important biological functions.
Identifiants
pubmed: 36598366
doi: 10.1002/cbic.202200624
doi:
Substances chimiques
Peptides
0
Types de publication
Journal Article
Review
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202200624Informations de copyright
© 2023 The Authors. ChemBioChem published by Wiley-VCH GmbH.
Références
N. Saini, Y. Zhang, K. Usdin, K. S. Lobachev, Biochimie 2013, 95, 117-123.
H. Tateishi-Karimata, N. Sugimoto, Chem. Commun. 2020, 56, 2379-2390.
D. Varshney, J. Spiegel, K. Zyner, D. Tannahill, S. Balasubramanian, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 21, 459-474.
C. Fonseca Guerra, T. van der Wijst, J. Poater, M. Swart, F. M. Bickelhaupt, Theor. Chem. Acc. 2010, 125, 245-252.
J. Szolomájer, G. Paragi, G. Batta, C. F. Guerra, F. M. Bickelhaupt, Z. Kele, P. Pádár, Z. Kupihár, L. Kovács, New J. Chem. 2011, 35, 476-482.
C. Nieuwland, F. Zaccaria, C. Fonseca Guerra, Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 21108-21118.
F. Zaccaria, G. Paragi, C. Fonseca Guerra, Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 20895-20904.
E. Largy, J. L. Mergny, V. Gabelica, Met. Ions Life Sci. 2016, 16, 203-258.
P. Hazel, J. Huppert, S. Balasubramanian, S. Neidle, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16405-16415.
J. Jana, Y. M. Vianney, N. Schröder, K. Weisz, Nucleic Acids Res. 2022, 50, 7161-7175.
J. Spiegel, S. Adhikari, S. Balasubramanian, Trends Chem. 2020, 2, 123-136.
A. Verdian Doghaei, M. R. Housaindokht, M. R. Bozorgmehr, J. Theor. Biol. 2015, 364, 103-112.
S. Matsumoto, H. Tateishi-Karimata, S. Takahashi, T. Ohyama, N. Sugimoto, Biochemistry 2020, 59, 2640-2649.
M. Vorlíčková, I. Kejnovská, K. Bednářová, D. Renčiuk, J. Kypr, Chirality 2012, 24, 691-698.
M. Vorlíčkova, I. Kejnovská, J. Sagi, D. Renčiuk, K. Bednářová, J. Motlová, J. Kypr, Methods 2012, 57, 64-75.
J. Kypr, I. Kejnovská, D. Renč Iuk, M. Vorlíč, Nucleic Acids Res. 2009, 37, 1713-1725.
H. Gattuso, A. Spinello, A. Terenzi, X. Assfeld, G. Barone, A. Monari, J. Phys. Chem. B 2016, 120, 3113-3121.
E. Bignon, T. Miclot, A. Terenzi, G. Barone, A. Monari, Chem. Commun. 2022, 58, 2176-2179.
E. Puig Lombardi, A. Londoño-Vallejo, Nucleic Acids Res. 2020, 48, 1-15.
H. B. Cagirici, H. Budak, T. Z. Sen, BMC Bioinf. 2022, 23, 10.1186/s12859-022-04782-z.
D. Varshney, J. Spiegel, K. Zyner, D. Tannahill, S. Balasubramanian, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 10.1038/s41580-020-0236-x.
E. Ruggiero, S. N. Richter, Annu. Rep. Med. Chem. 2020, 54, 101-131.
M. Falabella, R. J. Fernandez, F. B. Johnson, B. A. Kaufman, Curr. Med. Chem. 2018, 26, 2918-2932.
T. M. Bryan, Molecules 2020, 25, 10.3390/molecules25163686.
A. Ambrus, D. Chen, J. Dai, T. Bialis, R. A. Jones, D. Yang, Nucleic Acids Res. 2006, 34, 2723-2735.
A. T. Phan, FEBS J. 2010, 277, 1107-1117.
A. M. Zahler, J. R. Williamson, T. R. Cech, D. M. Prescott, Nature 1991, 350, 718-720.
A. Terenzi, H. Gattuso, A. Spinello, B. K. Keppler, C. Chipot, F. Dehez, G. Barone, A. Monari, Antioxidants 2019, 8, 10.3390/antiox8100472.
T. M. Ou, Y. J. Lu, J. H. Tan, Z. S. Huang, K. Y. Wong, L. Q. Gu, ChemMedChem 2008, 3, 690-713.
A. De Cian, G. Cristofari, P. Reichenbach, E. De Lemos, D. Monchaud, M. P. Teulade-Fichou, K. Shin-ya, L. Lacroix, J. Lingner, J. L. Mergny, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 17347-17352.
S. Neidle, FEBS J. 2010, 277, 1118-1125.
S. Neidle, J. Med. Chem. 2016, 59, 5987-6011.
S. Neidle, Nat. Chem. Rev. 2017, 1, 0041.
J. L. Huppert, S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res. 2005, 33, 2908-2916.
A. K. Todd, M. Johnston, S. Neidle, Nucleic Acids Res. 2005, 33, 2901-2907.
J. L. Huppert, S. Balasubramanian, Nucleic Acids Res. 2007, 35, 2105-2105.
J. H. Chariker, D. M. Miller, E. C. Rouchka, PLoS One 2016, 11, 10.1371/journal.pone.0165101.
S. Lago, M. Nadai, F. M. Cernilogar, M. Kazerani, H. Domíniguez Moreno, G. Schotta, S. N. Richter, Nat. Commun. 2021, 12, 3885.
S. Cogoi, M. Paramasivam, A. Membrino, K. K. Yokoyama, L. E. Xodo, J. Biol. Chem. 2010, 285, 22003-22016.
R. Rigo, M. Palumbo, C. Sissi, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 2017, 1861, 1399-1413.
M. Wallgren, J. B. Mohammad, K. P. Yan, P. Pourbozorgi-Langroudi, M. Ebrahimi, N. Sabouri, Nucleic Acids Res. 2016, 44, 6213-6231.
S. Kumari, A. Bugaut, J. L. Huppert, S. Balasubramanian, Nat. Chem. Biol. 2007, 3, 218-221.
J. D. Beaudoin, J. P. Perreault, Nucleic Acids Res. 2013, 41, 5898-5911.
C. Da Xiao, T. Shibata, Y. Yamamoto, Y. Xu, Chem. Commun. 2018, 54, 3944-3946.
S. M. Lyons, D. Gudanis, S. M. Coyne, Z. Gdaniec, P. Ivanov, Nat. Commun. 2017, 8, 10.1038/s41467-017-01278-w.
K. Havlová, J. Fajkus, Front. Plant Sci. 2020, 11, 10.3389/fpls.2020.593692.
S. Mestre-Fos, C. Ito, C. M. Moore, A. R. Reddi, L. D. Williams, J. Biol. Chem. 2020, 295, 14855-14865.
S. Ghafouri-Fard, A. Abak, A. Baniahmad, B. M. Hussen, M. Taheri, E. Jamali, M. E. Dinger, Cancer Cell Int. 2022, 22, 10.1186/s12935-022-02601-2.
D. Varshney, S. M. Cuesta, B. Herdy, U. B. Abdullah, D. Tannahill, S. Balasubramanian, Sci. Rep. 2021, 11, 10.1038/s41598-021-01847-6.
T. Endoh, N. Sugimoto, Molecules 2019, 24, 10.3390/molecules24081613.
C. Jaubert, A. Bedrat, L. Bartolucci, C. Di Primo, M. Ventura, J. L. Mergny, S. Amrane, M. L. Andreola, Sci. Rep. 2018, 8, 8120.
T. Kench, R. Vilar, Annu. Rep. Med. Chem. 2020, 54, 485-515.
T. Miclot, E. Bignon, A. Terenzi, S. Grandemange, G. Barone, A. Monari, Chem. Eur. J. 2022, 10.1002/chem.202201824.
C. C. Hognon, T. Miclot, C. G. Iriepa, A. Francés-Monerris, S. Grandemange, A. Terenzi, M. Marazzi, G. Barone, A. Monari, C. Garcia-Iriepa, et al., J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 5661-5667.
V. Meier-Stephenson, Biophys. Rev. Lett. 2022, 14, 635-654.
Y. Wu, R. M. Brosh, FEBS J. 2010, 277, 3470-3488.
D. Dutta, M. Debnath, D. Müller, R. Paul, T. Das, I. Bessi, H. Schwalbe, J. Dash, Nucleic Acids Res. 2018, 46, 5355-5365.
M. Marzano, A. P. Falanga, D. Marasco, N. Borbone, S. D'Errico, G. Piccialli, G. N. Roviello, G. Oliviero, Mar. Drugs 2020, 18, 10.3390/md18010049.
P. Sengupta, N. Banerjee, T. Roychowdhury, A. Dutta, S. Chattopadhyay, S. Chatterjee, Nucleic Acids Res. 2018, 46, 9932-9950.
A. Minard, D. Morgan, F. Raguseo, A. Di Porzio, D. Liano, A. G. Jamieson, M. Di Antonio, Chem. Commun. 2020, 56, 8940-8943.
O. Scholz, S. Hansen, A. Plückthun, Nucleic Acids Res. 2014, 42, 9182-9194.
S. Ladame, J. A. Schouten, J. Stuart, J. Roldan, S. Neidle, S. Balasubramanian, Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 2925-2931.
J. E. Redman, J. M. Granadino-Roldán, J. A. Schouten, S. Ladame, A. P. Reszka, S. Neidle, S. Balasubramanian, Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 76-84.
J. A. Schouten, S. Ladame, S. J. Mason, M. A. Cooper, S. Balasubramanian, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5594-5595.
S. Biswas, S. Samui, A. K. Das, S. Pasadi, K. Muniyappa, J. Naskar, RSC Adv. 2020, 10, 26388-26396.
S. Tyagi, S. Saxena, N. Kundu, T. Sharma, A. Chakraborty, S. Kaur, D. Miyoshi, J. Shankaraswamy, RSC Adv. 2019, 9, 40255-40262.
T. Sharma, N. Kundu, S. Kaur, A. Chakraborty, A. K. Mahto, R. P. Dewangan, J. Shankaraswamy, S. Saxena, RSC Adv. 2022, 12, 21760-21769.
J. Jana, R. K. Kar, A. Ghosh, A. Biswas, S. Ghosh, A. Bhunia, S. Chatterjee, Mol. BioSyst. 2013, 9, 1833-1836.
J. Jana, P. Sengupta, S. Mondal, S. Chatterjee, RSC Adv. 2017, 7, 20888-20899.
J. P. Vaughn, S. D. Creacy, E. D. Routh, C. Joyner-Butt, G. S. Jenkins, S. Pauli, Y. Nagamine, S. A. Akman, J. Biol. Chem. 2005, 280, 38117-38120.
L. T. A. Nguyen, D. T. Dang, Mol. Biotechnol. 2022, 10.1007/s12033-022-00552-7.
B. Heddi, V. V. Cheong, H. Martadinata, A. T. Phan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, 112, 9608-9613.
S. Lattmann, B. Giri, J. P. Vaughn, S. A. Akman, Y. Nagamine, Nucleic Acids Res. 2010, 38, 6219-6233.
K. H. Ngo, R. Yang, P. Das, G. K. T. Nguyen, K. W. Lim, J. P. Tam, B. Wu, A. T. Phan, Chem. Commun. 2020, 56, 1082-1084.
M. Y. Yaneva, V. V. Cheong, J. K. Cheng, K. W. Lim, A. T. Phan, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2020, 531, 62-66.
C. J. Wen, C. J. Wen, J. Y. Gong, J. Y. Gong, K. W. Zheng, Y. D. He, J. Y. Zhang, Y. H. Hao, Z. Tan, Z. Tan, Chem. Commun. 2020, 56, 6567-6570.
M. Egholm, O. Buchardt, L. Christensen, C. Behrens, S. M. Freier, D. A. Driver, R. H. Berg, S. K. Kim, B. Norden, P. E. Nielsen, Nature 1993, 365, 566-568.
P. E. Nielsen, M. Egholm, R. H. Berg, O. Buchardt, Science 1991, 254, 1497-1500.
B. A. Armitage, Methods Mol. Biol. 2019, 2035, 333-345.
A. Gupta, L. L. Lee, S. Roy, F. A. Tanious, W. D. Wilson, D. H. Ly, B. A. Armitage, ChemBioChem 2013, 14, 1476-1484.
V. L. Marin, B. A. Armitage, Biochemistry 2006, 45, 1745-1754.
B. Datta, M. E. Bier, S. Roy, B. A. Armitage, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4199-4207.
K. A. Kormuth, J. L. Woolford, B. A. Armitage, Biochemistry 2016, 55, 1749-1757.
S. Roy, F. A. Tanious, W. D. Wilson, D. H. Ly, B. A. Armitage, Biochemistry 2007, 46, 10433-10443.
K. Jantos, R. Rodriguez, S. Ladame, P. S. Shirude, S. Balasubramanian, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13662-13663.
K. C. Liu, K. Röder, C. Mayer, S. Adhikari, D. J. Wales, S. Balasubramanian, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8367-8373.
L. Bonnat, L. Bar, B. Génnaro, H. Bonnet, O. Jarjayes, F. Thomas, J. Dejeu, E. Defrancq, T. Lavergne, Chem. Eur. J. 2017, 23, 5602-5613.
S. Patra, J. B. Claude, J. V. Naubron, J. Wenger, Nucleic Acids Res. 2021, 49, 12348-12357.
Z. L. Huang, J. Dai, W. H. Luo, X. G. Wang, J. H. Tan, S. Bin Chen, Z. S. Huang, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17945-17955.
K. Reddy, B. Zamiri, S. Y. R. Stanley, R. B. Macgregor, C. E. Pearson, J. Biol. Chem. 2013, 288, 9860-9866.
M. J. Wortman, A. V. Dagdanova, A. M. Clark, E. W. Godfrey, S. M. Pascal, E. M. Johnson, D. C. Daniel, Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 2020, 1867, 10.1016/j.bbamcr.2020.118674.
G. J. Bassell, S. T. Warren, Neuron 2008, 60, 201-214.
A. T. Phan, V. Kuryavyi, J. C. Darnell, A. Serganov, A. Majumdar, S. Ilin, T. Raslin, A. Polonskaia, C. Chen, D. Clain, et al., Nat. Struct. Mol. Biol. 2011, 18, 796-804.
C. Zhao, G. Qin, J. Niu, Z. Wang, C. Wang, J. Ren, X. Qu, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 432-438;
Angew. Chem. 2021, 133, 436-442.
T. Miclot, C. Hognon, E. Bignon, A. Terenzi, M. Marazzi, G. Barone, A. Monari, J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 10277-10283.
S. K. Mukherjee, J. M. Knop, R. Winter, Chem. Eur. J. 2022, 28, 10.1002/chem.202104182.
N. M. Luscombe, R. A. Laskowski, J. M. Thornton, Nucleic Acids Res. 2001, 29, 2860-2874.
J. Xu, H. Huang, X. Zhou, JACS Au 2021, 1, 2146-2161.
S. N. Oyaghire, C. J. Cherubim, C. A. Telmer, J. A. Martinez, M. P. Bruchez, B. A. Armitage, Biochemistry 2016, 55, 1977-1988.
B. Sahu, I. Sacui, S. Rapireddy, K. J. Zanotti, R. Bahal, B. A. Armitage, D. H. Ly, J. Org. Chem. 2011, 76, 5614-5627.
A. Dragulescu-Andrasi, S. Rapireddy, B. M. Frezza, C. Gayathri, R. R. Gil, D. H. Ly, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10258-10267.
S. Sarkar, B. A. Armitage, ACS Infect. Dis. 2021, 7, 1445-1456.