Стабильные G-квадруплексы сосредоточены в функциональных элементах генома

G-квадруплекс — это неканоническая форма вторичной структуры ДНК. Он состоит из четырех или более участков ДНК, каждый из которых содержит по крайней мере три гуанина; участки разделены петлями из 1–12 нуклеотидов. Структура стабилизирована ионами калия. Функциональная роль G-квадруплексов в геноме не до конца ясна, но есть свидетельства, что они участвуют в регуляции транскрипции. В новом исследовании ученые из США провели полногеномный анализ и выяснили, что функциональные элементы генома человека обогащены последовательностями, которые способны сворачиваться в термостабильные G-квадруплексы.

Для анализа использовали программное обеспечение Quadron, которое выявляло последовательности G-квадруплексов и их стабильность с помощью машинного обучения.

Последовательности, способные сворачиваться в G-квадруплексы, составляют примерно 1% от генома человека. Исследование подтвердило имевшиеся ранее данные, что стабильные G-квадруплексы часто представлены в функциональных элементах генов: промоторах, а также 5’- и 3’-нетранслируемых областях. G-квадруплексы чаще находились на транскрибируемой цепи, чем на нетранскрибируемой; кроме того, на первой они были более стабильны. Впрочем, это не относилось к последовательностям интронов.

В новой работе впервые было показано, что последовательности энхансеров обогащены G-квадруплексами. Также ученые подтвердили полученные ранее результаты о большом количестве G-квадруплексов в ориджинах репликации и на границах топологически ассоциированных доменов, но уже на полногеномном уровне.

Авторы предположили, что, так как стабильных G-квадруплексов много в функциональных элементах генома, то это говорит об их функциональной значимости. Вероятно, в отсутствие биологической роли последовательности стабильных G-квадруплексов элиминируются из генома в процессе эволюции, так как они могут препятствовать репликации и упаковке ДНК.