Ein G-Quadruplex (G4) ist eine Vier-Strang - Sekundärstruktur, die die annehmen kann Nukleinsäuren ( DNA oder RNA ) , die reich an Resten von Guanin . Diese Struktur basiert auf Paarungen von Basen Typ Hoogsteen ein Tablett mit vier Resten von Guanin (G) bildet, auch als „Halbbyte“ genannt. Der parallele und ununterbrochene Stapel von mindestens zwei Quartetten, interkaliert durch ein einwertiges Kation ( Natrium oder Kalium ), das die Struktur stabilisiert, bildet G4. Dabei handelt es sich um eine DNA-Primärstruktur mit vier G-Paaren, die auf demselben DNA-Molekül (intramolekulares G4) oder auf unterschiedlichen DNA-Molekülen (intermolekulares G4) liegen können.
G-Quartette und G-Quadruplexe wurden erstmals 1962 durch Röntgenbeugung charakterisiert . Sie wurden in vitro im Detail untersucht , und es wurde gezeigt, dass sie sich unter physiologischen Salz- und pH-Bedingungen bilden und dass viele Proteine in der Lage sind, diese Strukturen in vitro zu fixieren, zu stabilisieren oder im Gegenteil zu entrollen (zur Übersicht).
Neben den Telomeren haben bioinformatische Studien in allen bisher analysierten Genomen (mehr als 270.000 beim Menschen) eine starke Präsenz von Sequenzen gezeigt, die möglicherweise G-Quadruplexe bilden können. Diese Sequenzen sind an bestimmten Loci stark angereichert , insbesondere auf der Ebene der Promotoren und des 5'-UTR-Endes der Messenger-RNAs, und dies betrifft insbesondere bestimmte Genklassen , während sie anderen fehlen. Dies legt eine konservierte Rolle der Transkriptionskontrolle , des Spleißens oder der Translation für diese Sekundärstrukturen nahe. Zusätzlich zu dieser putativen Rolle bei der Kontrolle der Genexpression, erscheint G4s in vielen anderen zellulären Prozessen beteiligt zu sein, wie Ribosomen - Biogenese und ribosomale RNA - Reifung , die homologe Rekombination , die Regulierung der Telomer - Struktur , und die Hemmung oder Initiation der Replikation von ribosomalen DNAs und Telomeren . Die Beteiligung von G4 an diesen Mechanismen, bei denen DNA aktiv geöffnet wird, steht im Einklang mit der Vorstellung, dass G4 nur gebildet werden kann, wenn DNA (oder RNA ) in einzelsträngiger Form vorliegt .
Mehrere Studien haben kürzlich direkt oder indirekt die Existenz von G-Quadruplex in lebenden Organismen nachgewiesen. In Ciliaten durch direkte Visualisierung mit extrem feinen Antikörpern des von den Telomeren von Stylonychia lemnae gebildeten G-Quadruplex sowie der Rolle zweier Telomerproteine (TEBPα und ß) bei der Bildung dieser Struktur, was eine wichtige Rolle des G-Quadruplex inru demonstriert Stoffwechsel der Telomere. Beim Menschen wurde die Existenz von G-Quadruplexen unter Verwendung von Liganden nachgewiesen, die spezifisch telomere G-Quadruplexe binden. In Bakterien wurde die Bildung von G-Quadruplex während der Transkription durch Elektronenmikroskopie in E. coli nachgewiesen. Ein Untersuchungsgebiet von G-Quadruplexen liegt auch in ihrer Live-Visualisierung in einer lebenden Zelle, insbesondere durch spektroskopische Methoden .