HOẠT HÓA ENYZME CASPASE-9 BỞI TRÌNH TỰ DNA CHỨA HAI CẤU TRÚC G-QUADRUPLEX
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Caspase-9 đóng vai trò quan trọng trong quá trình chết của tế bào. Trong tế bào, caspase-9 tồn tại ở trạng thái đơn phân không hoạt tính, và trở nên có hoạt tính khi ở trạng thái dimer. Do đó, kiểm soát sự dimer của caspase-9 giúp cho kiểm soát được hoạt tính của caspase-9. Trong nghiên cứu này, hoạt tính của caspase-9 được hoạt hóa bởi trình tự DNA chứa hai cấu trúc G-quadruplex (DNA2G4). Caspase-9 được dung hợp với peptide RHAU bằng kỹ tthuật sinh học phân tử tạo nên protein tái tổ hợp RHAU23-caspase-9. RHAU23-caspase-9 được biểu hiện trong vi khuẩn E.coli dưới sự cảm ứng của IPTG và được tinh chế bằng sắc ký ái lực với cột His. Kết quả cho thấy DNA2G4 khả năng cảm ứng sự dimer của RHAU23-caspase-9 thông qua tương tác đặc hiệu giữa RHAU và G4, dẫn đến kích thích hoạt tính của enzyme. Sự hoạt hóa RHAU23-caspase-9 bởi DNA2G4 giúp hoạt tính enzyme tăng hoạt tính lên khoảng 2,0 lần so với hoạt tính của RHAU23-caspase-9. Kiểm soát hoạt tính của caspase-9 có tiềm năng trong việc ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư.
Từ khóa
activation, dimer, DNA2G4, Enzyme, RHAU23-caspase-9
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
Balasubramanian, S., Hurley, L. H., & Neidle, S. (2011). Targeting G-quadruplexes in gene promoters: a novel anticancer strategy? Nat Rev Drug Discov, 10(4), 261-275. doi:10.1038/nrd3428
Bao, H. L., Liu, H. S., & Xu, Y. (2019). Hybrid-type and two-tetrad antiparallel telomere DNA G-quadruplex structures in living human cells. Nucleic Acids Res, 47(10), 4940-4947. doi:10.1093/nar/gkz276
Burge, S., Parkinson, G. N., Hazel, P., Todd, A. K., & Neidle, S. (2006). Quadruplex DNA: sequence, topology and structure. Nucleic Acids Res, 34(19), 5402-5415. doi:10.1093/nar/gkl655
Chambers, V. S., Marsico, G., Boutell, J. M., Di Antonio, M., Smith, G. P., & Balasubramanian, S. (2015). High-throughput sequencing of DNA G-quadruplex structures in the human genome. Nat Biotechnol, 33(8), 877-881. doi:10.1038/nbt.3295
Chao, Y., Shiozaki, E. N., Srinivasula, S. M., Rigotti, D. J., Fairman, R., & Shi, Y. (2005). Engineering a dimeric caspase-9: a re-evaluation of the induced proximity model for caspase activation. PLoS Biol, 3(6), e183. doi:10.1371/journal.pbio.0030183
Dang, D. T., Nguyen, H. D., Merkx, M., & Brunsveld, L. (2013). Supramolecular control of enzyme activity through cucurbit[8]uril-mediated dimerization. Angew Chem Int Ed Engl, 52(10), 2915-2919. doi:10.1002/anie.201208239
Dang, D. T., Nguyen, L. T. A., Truong, T. T. T., Nguyen, H. D., & Phan, A. T. (2021). Construction of a G-quadruplex-specific DNA endonuclease. Chem Commun (Camb), 57(37), 4568-4571. doi:10.1039/d0cc05890d
Dang, D. T., & Phan, A. T. (2016). Development of Fluorescent Protein Probes Specific for Parallel DNA and RNA G-Quadruplexes. Chembiochem, 17(1), 42-45. doi:10.1002/cbic.201500503
Dang, D. T., & Phan, A. T. (2019). Development of a ribonuclease containing a G4-specific binding motif for programmable RNA cleavage. Sci Rep, 9(1), 7432. doi:10.1038/s41598-019-42143-8
Duchler, M. (2012). G-quadruplexes: targets and tools in anticancer drug design. J Drug Target, 20(5), 389-400. doi:10.3109/1061186X.2012.669384
Gellert, M., Lipsett, M. N., & Davies, D. R. (1962). Helix formation by guanylic acid. Proc Natl Acad Sci U S A, 48(12), 2013-2018. doi:10.1073/pnas.48.12.2013
Gyrd-Hansen, M., Farkas, T., Fehrenbacher, N., Bastholm, L., Hoyer-Hansen, M., Elling, F., . . . Jaattela, M. (2006). Apoptosome-independent activation of the lysosomal cell death pathway by caspase-9. Mol Cell Biol, 26(21), 7880-7891. doi:10.1128/MCB.00716-06
Hansel-Hertsch, R., Spiegel, J., Marsico, G., Tannahill, D., & Balasubramanian, S. (2018). Genome-wide mapping of endogenous G-quadruplex DNA structures by chromatin immunoprecipitation and high-throughput sequencing. Nat Protoc, 13(3), 551-564. doi:10.1038/nprot.2017.150
Heddi, B., Cheong, V. V., Martadinata, H., & Phan, A. T. (2015). Insights into G-quadruplex specific recognition by the DEAH-box helicase RHAU: Solution structure of a peptide-quadruplex complex. Proc Natl Acad Sci U S A, 112(31), 9608-9613. doi:10.1073/pnas.1422605112
Jodoin, R., Carrier, J. C., Rivard, N., Bisaillon, M., & Perreault, J. P. (2019). G-quadruplex located in the 5'UTR of the BAG-1 mRNA affects both its cap-dependent and cap-independent translation through global secondary structure maintenance. Nucleic Acids Res, 47(19), 10247-10266. doi:10.1093/nar/gkz777
Kuida, K. (2000). Caspase-9. Int J Biochem Cell Biol, 32(2), 121-124. doi:10.1016/s1357-2725(99)00024-2
Kumari, S., Bugaut, A., Huppert, J. L., & Balasubramanian, S. (2007). An RNA G-quadruplex in the 5' UTR of the NRAS proto-oncogene modulates translation. Nat Chem Biol, 3(4), 218-221. doi:10.1038/nchembio864
Lago, S., Nadai, M., Cernilogar, F. M., Kazerani, M., Dominiguez Moreno, H., Schotta, G., & Richter, S. N. (2021). Promoter G-quadruplexes and transcription factors cooperate to shape the cell type-specific transcriptome. Nat Commun, 12(1), 3885. doi:10.1038/s41467-021-24198-2
Ma, Y., Yang, Y., Xin, J., He, L., Hu, Z., Gao, T., . . . Guo, Z. (2023). RNA G-Quadruplex within the 5'-UTR of FEN1 Regulates mRNA Stability under Oxidative Stress. Antioxidants (Basel), 12(2). doi:10.3390/antiox12020276
Marsden, V. S., O'Connor, L., O'Reilly, L. A., Silke, J., Metcalf, D., Ekert, P. G., . . . Strasser, A. (2002). Apoptosis initiated by Bcl-2-regulated caspase activation independently of the cytochrome c/Apaf-1/caspase-9 apoptosome. Nature, 419(6907), 634-637. doi:10.1038/nature01101
Nguyen, L. T. A., & Dang, D. T. (2023). RHAU Peptides Specific for Parallel G-Quadruplexes: Potential Applications in Chemical Biology. Mol Biotechnol, 65(3), 291-299. doi:10.1007/s12033-022-00552-7
Ou, T. M., Lu, Y. J., Tan, J. H., Huang, Z. S., Wong, K. Y., & Gu, L. Q. (2008). G-quadruplexes: targets in anticancer drug design. ChemMedChem, 3(5), 690-713. doi:10.1002/cmdc.200700300
Pan, G., O'Rourke, K., & Dixit, V. M. (1998). Caspase-9, Bcl-XL, and Apaf-1 form a ternary complex. J Biol Chem, 273(10), 5841-5845. doi:10.1074/jbc.273.10.5841
Patel, D. J., Phan, A. T., & Kuryavyi, V. (2007). Human telomere, oncogenic promoter and 5'-UTR G-quadruplexes: diverse higher order DNA and RNA targets for cancer therapeutics. Nucleic Acids Res, 35(22), 7429-7455. doi:10.1093/nar/gkm711
Pop, C., Timmer, J., Sperandio, S., & Salvesen, G. S. (2006). The apoptosome activates caspase-9 by dimerization. Mol Cell, 22(2), 269-275. doi:10.1016/j.molcel.2006.03.009
Rosier, B., Markvoort, A. J., Gumi Audenis, B., Roodhuizen, J. A. L., den Hamer, A., Brunsveld, L., & de Greef, T. F. A. (2020). Proximity-induced caspase-9 activation on a DNA origami-based synthetic apoptosome. Nat Catal, 3(3), 295-306. doi:10.1038/s41929-019-0403-7
Sahakyan, A. B., Murat, P., Mayer, C., & Balasubramanian, S. (2017). G-quadruplex structures within the 3' UTR of LINE-1 elements stimulate retrotransposition. Nat Struct Mol Biol, 24(3), 243-247. doi:10.1038/nsmb.3367
Sen, D., & Gilbert, W. (1988). Formation of parallel four-stranded complexes by guanine-rich motifs in DNA and its implications for meiosis. Nature, 334(6180), 364-366. doi:10.1038/334364a0
Wu, C. C., Lee, S., Malladi, S., Chen, M. D., Mastrandrea, N. J., Zhang, Z., & Bratton, S. B. (2016). The Apaf-1 apoptosome induces formation of caspase-9 homo- and heterodimers with distinct activities. Nat Commun, 7, 13565. doi:10.1038/ncomms13565
Yin, Q., Park, H. H., Chung, J. Y., Lin, S. C., Lo, Y. C., da Graca, L. S., . . . Wu, H. (2006). Caspase-9 holoenzyme is a specific and optimal procaspase-3 processing machine. Mol Cell, 22(2), 259-268. doi:10.1016/j.molcel.2006.03.030
Bao, H. L., Liu, H. S., & Xu, Y. (2019). Hybrid-type and two-tetrad antiparallel telomere DNA G-quadruplex structures in living human cells. Nucleic Acids Res, 47(10), 4940-4947. doi:10.1093/nar/gkz276
Burge, S., Parkinson, G. N., Hazel, P., Todd, A. K., & Neidle, S. (2006). Quadruplex DNA: sequence, topology and structure. Nucleic Acids Res, 34(19), 5402-5415. doi:10.1093/nar/gkl655
Chambers, V. S., Marsico, G., Boutell, J. M., Di Antonio, M., Smith, G. P., & Balasubramanian, S. (2015). High-throughput sequencing of DNA G-quadruplex structures in the human genome. Nat Biotechnol, 33(8), 877-881. doi:10.1038/nbt.3295
Chao, Y., Shiozaki, E. N., Srinivasula, S. M., Rigotti, D. J., Fairman, R., & Shi, Y. (2005). Engineering a dimeric caspase-9: a re-evaluation of the induced proximity model for caspase activation. PLoS Biol, 3(6), e183. doi:10.1371/journal.pbio.0030183
Dang, D. T., Nguyen, H. D., Merkx, M., & Brunsveld, L. (2013). Supramolecular control of enzyme activity through cucurbit[8]uril-mediated dimerization. Angew Chem Int Ed Engl, 52(10), 2915-2919. doi:10.1002/anie.201208239
Dang, D. T., Nguyen, L. T. A., Truong, T. T. T., Nguyen, H. D., & Phan, A. T. (2021). Construction of a G-quadruplex-specific DNA endonuclease. Chem Commun (Camb), 57(37), 4568-4571. doi:10.1039/d0cc05890d
Dang, D. T., & Phan, A. T. (2016). Development of Fluorescent Protein Probes Specific for Parallel DNA and RNA G-Quadruplexes. Chembiochem, 17(1), 42-45. doi:10.1002/cbic.201500503
Dang, D. T., & Phan, A. T. (2019). Development of a ribonuclease containing a G4-specific binding motif for programmable RNA cleavage. Sci Rep, 9(1), 7432. doi:10.1038/s41598-019-42143-8
Duchler, M. (2012). G-quadruplexes: targets and tools in anticancer drug design. J Drug Target, 20(5), 389-400. doi:10.3109/1061186X.2012.669384
Gellert, M., Lipsett, M. N., & Davies, D. R. (1962). Helix formation by guanylic acid. Proc Natl Acad Sci U S A, 48(12), 2013-2018. doi:10.1073/pnas.48.12.2013
Gyrd-Hansen, M., Farkas, T., Fehrenbacher, N., Bastholm, L., Hoyer-Hansen, M., Elling, F., . . . Jaattela, M. (2006). Apoptosome-independent activation of the lysosomal cell death pathway by caspase-9. Mol Cell Biol, 26(21), 7880-7891. doi:10.1128/MCB.00716-06
Hansel-Hertsch, R., Spiegel, J., Marsico, G., Tannahill, D., & Balasubramanian, S. (2018). Genome-wide mapping of endogenous G-quadruplex DNA structures by chromatin immunoprecipitation and high-throughput sequencing. Nat Protoc, 13(3), 551-564. doi:10.1038/nprot.2017.150
Heddi, B., Cheong, V. V., Martadinata, H., & Phan, A. T. (2015). Insights into G-quadruplex specific recognition by the DEAH-box helicase RHAU: Solution structure of a peptide-quadruplex complex. Proc Natl Acad Sci U S A, 112(31), 9608-9613. doi:10.1073/pnas.1422605112
Jodoin, R., Carrier, J. C., Rivard, N., Bisaillon, M., & Perreault, J. P. (2019). G-quadruplex located in the 5'UTR of the BAG-1 mRNA affects both its cap-dependent and cap-independent translation through global secondary structure maintenance. Nucleic Acids Res, 47(19), 10247-10266. doi:10.1093/nar/gkz777
Kuida, K. (2000). Caspase-9. Int J Biochem Cell Biol, 32(2), 121-124. doi:10.1016/s1357-2725(99)00024-2
Kumari, S., Bugaut, A., Huppert, J. L., & Balasubramanian, S. (2007). An RNA G-quadruplex in the 5' UTR of the NRAS proto-oncogene modulates translation. Nat Chem Biol, 3(4), 218-221. doi:10.1038/nchembio864
Lago, S., Nadai, M., Cernilogar, F. M., Kazerani, M., Dominiguez Moreno, H., Schotta, G., & Richter, S. N. (2021). Promoter G-quadruplexes and transcription factors cooperate to shape the cell type-specific transcriptome. Nat Commun, 12(1), 3885. doi:10.1038/s41467-021-24198-2
Ma, Y., Yang, Y., Xin, J., He, L., Hu, Z., Gao, T., . . . Guo, Z. (2023). RNA G-Quadruplex within the 5'-UTR of FEN1 Regulates mRNA Stability under Oxidative Stress. Antioxidants (Basel), 12(2). doi:10.3390/antiox12020276
Marsden, V. S., O'Connor, L., O'Reilly, L. A., Silke, J., Metcalf, D., Ekert, P. G., . . . Strasser, A. (2002). Apoptosis initiated by Bcl-2-regulated caspase activation independently of the cytochrome c/Apaf-1/caspase-9 apoptosome. Nature, 419(6907), 634-637. doi:10.1038/nature01101
Nguyen, L. T. A., & Dang, D. T. (2023). RHAU Peptides Specific for Parallel G-Quadruplexes: Potential Applications in Chemical Biology. Mol Biotechnol, 65(3), 291-299. doi:10.1007/s12033-022-00552-7
Ou, T. M., Lu, Y. J., Tan, J. H., Huang, Z. S., Wong, K. Y., & Gu, L. Q. (2008). G-quadruplexes: targets in anticancer drug design. ChemMedChem, 3(5), 690-713. doi:10.1002/cmdc.200700300
Pan, G., O'Rourke, K., & Dixit, V. M. (1998). Caspase-9, Bcl-XL, and Apaf-1 form a ternary complex. J Biol Chem, 273(10), 5841-5845. doi:10.1074/jbc.273.10.5841
Patel, D. J., Phan, A. T., & Kuryavyi, V. (2007). Human telomere, oncogenic promoter and 5'-UTR G-quadruplexes: diverse higher order DNA and RNA targets for cancer therapeutics. Nucleic Acids Res, 35(22), 7429-7455. doi:10.1093/nar/gkm711
Pop, C., Timmer, J., Sperandio, S., & Salvesen, G. S. (2006). The apoptosome activates caspase-9 by dimerization. Mol Cell, 22(2), 269-275. doi:10.1016/j.molcel.2006.03.009
Rosier, B., Markvoort, A. J., Gumi Audenis, B., Roodhuizen, J. A. L., den Hamer, A., Brunsveld, L., & de Greef, T. F. A. (2020). Proximity-induced caspase-9 activation on a DNA origami-based synthetic apoptosome. Nat Catal, 3(3), 295-306. doi:10.1038/s41929-019-0403-7
Sahakyan, A. B., Murat, P., Mayer, C., & Balasubramanian, S. (2017). G-quadruplex structures within the 3' UTR of LINE-1 elements stimulate retrotransposition. Nat Struct Mol Biol, 24(3), 243-247. doi:10.1038/nsmb.3367
Sen, D., & Gilbert, W. (1988). Formation of parallel four-stranded complexes by guanine-rich motifs in DNA and its implications for meiosis. Nature, 334(6180), 364-366. doi:10.1038/334364a0
Wu, C. C., Lee, S., Malladi, S., Chen, M. D., Mastrandrea, N. J., Zhang, Z., & Bratton, S. B. (2016). The Apaf-1 apoptosome induces formation of caspase-9 homo- and heterodimers with distinct activities. Nat Commun, 7, 13565. doi:10.1038/ncomms13565
Yin, Q., Park, H. H., Chung, J. Y., Lin, S. C., Lo, Y. C., da Graca, L. S., . . . Wu, H. (2006). Caspase-9 holoenzyme is a specific and optimal procaspase-3 processing machine. Mol Cell, 22(2), 259-268. doi:10.1016/j.molcel.2006.03.030