Site specifically probing the unfolding process of human telomere i-motif DNA using vibrationally enhanced alkynyl stretch

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出版日 2024-01-04
DOI 10.1039/D3CP05328H
インパクトファクター 3.676
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要旨

The microscopic unfolding process of a cytosine-rich DNA forming i-motif by hemi-protonated base pairs is related to gene regulation. However, the detailed thermal unfolding mechanism and the protonation/deprotonation status of site-specific cytosine in DNA in a physiological environment are still obscure. To address this issue, a vibration-enhanced CC probe tagged on 5′E terminal cytosine of human telomere i-motif DNA was examined using linear and nonlinear infrared (IR) spectroscopies and quantum-chemistry calculations. The CC probe extended into the major groove of the i-motif was found using nonlinear IR results only to introduce a minor steric effect on both steady-state structure and local structure dynamics; however, its IR absorption profile effectively reports the cleavage of the hemi-protonated base pair of C1–C13 upon the unfolding with C1 remaining protonated. The temperature mid-point (Tm) of the local transition reported using the CC tag was slightly lower than the Tm of global transition, and the enthalpy of the former exceeds 60% of the global transition. It is shown that the base-pair unraveling is noncooperative, with outer base pairs breaking first and being likely the rate limiting step. Our results offered an in-depth understanding of the macroscopic unfolding characteristics of the i-motif DNA and provided a nonlinear IR approach to monitoring the local structural transition and dynamics of DNA and its complexes.

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Physical Chemistry Chemical Physics

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