Guanine quadruplexes are non-canonical secondary structures that can form in guanine-rich DNA and are stabilized by monovalent cations present in physiological conditions. Bioinformatics studies have identified putative G-quadruplex forming sequences throughout the human genome, in the telomeres and promoter regions of oncogenes. Small molecules that promote the folding of these G-rich sequences into a G-quadruplex structure can result in biologically relevant phenomena that have profound effects on cancer cell proliferation, generally through telomerase inhibition and suppression of oncogene expression, thereby accomplishing one of the main goals of chemotherapy: to halt tumor growth.G-quadruplex forming sequences vary in their nucleobase composition, which allows for topologically distinct monomeric structures. These varying topologies present a means of targeting one polymorph rather than all, which permits site-specific therapies for small molecules that can discriminate between the structures. To date, both organic and inorganic compounds with varying degrees of efficacy in their targeting of this DNA structure have been reported. From this wealth of empirical data, it has been shown that small molecules can bind to G-quadruplexes most often through end π-stacking, although interaction with the loops and groove environments can be permitted with extended side-chains from a highly aromatic core. Herein, we present efforts made towards the creation of transition metal-based G-quadruplex binders consisting of phenanthroimidazole ligands coordinated to platinum(II) and iridium(III) centers. These complexes are ideally suited for recognition of G-quadruplex motifs due to their electron-poor heteroaromatic nature and inherent positively-charged metal center for optimal π-stacking with the G-tetrad surface. Through the use of molecular modeling, biophysical (circular dichroism, fluorescence intercalator displacement assays, surface plasmon resonance, continuous variation analysis, fluorescence binding assays), biological (telomerase inhibition assays, cell cytotoxicity assays, mRNA levels analysis, western blotting), and electrochemical (cyclic voltammetry, electrogenerated chemiluminescence) techniques, we study the properties of these complexes and their interaction with biologically relevant G-quadruplexes. / Les quadruplexes de guanine sont des structures secondaires non-canoniques pouvant être trouvées dans des séquences d'ADN riches en guanine. Ces derniers sont stabilisés par des cations monovalents présents dans les conditions physiologiques. Des études bioinformatiques ont permis d'identifier des séquences au sein du génome humain pouvant former des G-quadruplexes, notamment dans les télomères et les régions promotrices de certains oncogènes. Les petites molécules qui promeuvent l'agencement de ces séquences riches en guanine en G-quadruplexes peuvent donner lieu à des phénomènes bouleversant l'équilibre de prolifération cellulaire de par une inhibition de l'enzyme télomérase et une tendance à réduire l'expression d'oncogènes. Ainsi, il serait possible d'atteindre un des principaux objectifs de la chimiothérapie : stopper la croissance d'une tumeur.Les séquences formant des G-quadruplexes diffèrent en terme de composition nucléotidique ce qui leur permet de s'associer en structures monomériques aux topologies variées. Ces différences topologiques représentent un moyen d'agir sur un polymorphe plutôt qu'un autre, ce qui permet la mise en place de thérapies ciblées grâce à l'utilisation de petites molécules capables de discriminer entre les structures. Jusqu'à maintenant, des composés organiques et inorganiques aux degrés de spécificité divers et variés ont été recensés. A partir de cette abondance de données empiriques, il a été démontré que, le plus souvent, les petites molécules se lient en surface des G-quadruplexes via des interactions aromatiques-aromatiques («π-stacking »), bien que les interactions directes avec les boucles ou les brins de la structure soient possibles dans le cas de molécules possédant de longues chaînes annexes à un cœur hautement aromatique.Nous présentons ici les travaux réalisés visant à la création de composés comportant un métal de transition se liant aux G-quadruplexes. Ceux-ci consistent en des complexes de platine (II) ou d'iridium (III) coordinés à des molécules de phénantroimidazoles. En raison de leur nature hétéroaromatique pauvre en électrons et de leur centre métallique chargé positivement, ils sont conçus pour interagir de façon optimale avec les G-quartets en surface des G-quadruplexes. Grâce à l'utilisation d'outils variés comme la modélisation moléculaire, des techniques biophysiques (dichroisme circulaire, tests par déplacement d'agents intercalants fluorescents, résonance plasmon de surface, analyse de variations continues, tests par reconnaissance spécifique d'agents fluorescents), biologiques (tests d'inhibition de télomérase, tests de cytotoxicité cellulaire, quantification d'ARN messagers, immunobuvardage de type western), et électrochimiques (voltampérométrie cyclique, électrochimiluminescence), nous étudions les propriétés de ces complexes et leurs interactions avec des G-quadruplexes biologiquement pertinents.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123139 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Castor, Katherine |
| Contributors | Hanadi Sleiman (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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