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用环出的 2-氨基嘌呤探测 DNA G-四链体的桨状环,用于无标记可切换的分子传感。

Probing the propeller-like loops of DNA G-quadruplexes with looped-out 2-aminopurine for label-free switchable molecular sensing.

机构信息

Department of Chemistry, University of Science and Technology of China, 96 Jinzhai Road, Hefei, Anhui 230026, P.R. China.

出版信息

Analyst. 2018 Aug 6;143(16):3814-3820. doi: 10.1039/c8an00914g.

DOI:10.1039/c8an00914g
PMID:29974094
Abstract

We report a new signal readout mechanism for DNA molecular sensing devices using ligand-free fluorogenic G-quadruplexes in which the propeller-like loops are distinguished from the diagonal and lateral loops with incorporated 2-aminopurine (2-AP, a fluorescent analogue of adenine). We study the fluorescence behavior of looped-out 2-AP in duplexes and G-quadruplexes and demonstrate that it shows better fluorescence properties in shorter loops. In particular, 2-AP in the propeller-like loops of parallel or hybrid G-quadruplexes displays a perfect fluorescence emission whereas that in the diagonal and lateral loops does not. This loop-environment-sensitive feature allows 2-AP to probe the propeller-like loops of G-quadruplexes, illustrated by an ion-tuned allosteric G-quadruplex FG9A and a (3 + 1) hybrid human telomeric DNA. In the presence of K+, FG9A folds into a parallel structure where 2-AP is in the propeller-like loops and shows a high fluorescence signal, which can probe K+ concentrations down to 25 μM. Upon addition of Pb2+, the folded FG9A converts into an antiparallel structure which is revealed by a sharp decrease in 2-AP fluorescence, which can easily be reset with EDTA. This process is utilized to reversibly sense Pb2+ with a detection limit of 100 nM. Furthermore, its ability to probe the propeller-like loops may allow 2-AP to identify the folding topologies of unknown G-quadruplexes in human gene regions.

摘要

我们报告了一种新的 DNA 分子传感器件信号读出机制,该机制使用无配体的荧光 G-四链体,其中桨状环与包含的 2-氨基嘌呤(2-AP,腺嘌呤的荧光类似物)的对角和侧向环区分开。我们研究了闭环 2-AP 在双链体和 G-四链体中的荧光行为,并证明它在较短的环中表现出更好的荧光性质。特别是,平行或混合 G-四链体中桨状环中的 2-AP 显示出完美的荧光发射,而对角和侧向环中的 2-AP 则没有。这种环环境敏感的特征允许 2-AP 探测 G-四链体的桨状环,这通过离子调谐的变构 G-四链体 FG9A 和(3 + 1)混合人类端粒 DNA 得到了说明。在 K+存在下,FG9A 折叠成平行结构,其中 2-AP 位于桨状环中,并显示出高荧光信号,可探测低至 25 μM 的 K+浓度。加入 Pb2+后,折叠的 FG9A 转化为反平行结构,这通过 2-AP 荧光的急剧下降来揭示,该结构可以用 EDTA 轻松重置。该过程用于以 100 nM 的检测限可逆地探测 Pb2+。此外,它探测桨状环的能力可能允许 2-AP 识别人类基因区域中未知 G-四链体的折叠拓扑结构。

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