NMR and molecular modelling studies of an RNA hairpin containing a G-rich hexaloop

A preferential target of antisense oligonucleotides directed towards the +1 region of the mRNA PGY/MDR1 gene coding for the P-glycoprotein is an RNA hairpin containing a G-rich hexaloop. Here, the hairpin structure is studied by NMR and molecular modelling. The conformation of the 6-bp stem is close to a regular A double helix, in spite of the presence of a G–U wobble pair. In the 5′r(GGGAUG)3′ loop, NMR experiments highlight numerous sequential internucleotide distances, C2′-endo sugars and marked up and down-field phosphorus chemical shifts. Various molecular dynamics in explicit solvent made with or without NMR constraints show that C2′-endo sugars and some unusual backbone conformations are intrinsic properties of the six-nucleotide loops. Finally, we present a preliminary three-dimensional structure of the hairpin in which the apical loop exhibits a U-turn like, delimiting two groups of stacked bases: GGGA in continuation of the stem, and UG, isolated from the stem but connected to the first group by hydrogen bonds. To cite this article: F. Joli et al., C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméUne cible préférentielle des oligonucléotides antisens, située au niveau de la région +1 de l'ARNm du gène PGY/MDR1 codant pour la P-glycoprotéine, est une tige boucle d'ARN contenant une hexaboucle riche en guanine. La structure de cette tige-boucle a été étudiée par RMN et modélisation moléculaire. La conformation de la tige de 6 bp est proche d'une double hélice A régulière, et ce malgré la présence d'une paire wobble G–U. Dans la boucle 5′r(GGGAUG)3′, les expériences RMN permettent d'observer un nombre important de distances séquentielles internucléotidiques, des sucres majoritairement C2′-endo et des déplacements chimiques du phosphore inhabituels. Plusieurs dynamiques moléculaires en solvant explicite et réalisées avec ou sans contraintes RMN, montrent que les sucres en C2′-endo et les conformations particulières du squelette sont des propriétés intrinsèques des boucles à six nucléotides. Enfin, nous présentons une structure tridimensionnelle préliminaire de la tige-boucle, dans laquelle la boucle est repliée en un motif proche d'un U-turn, délimitant deux groupes de bases empilées : GGGA dans le prolongement de la tige et UG isolé de la tige, mais reliée au premier groupe par des liaisons hydrogène. Pour citer cet article : F. Joli et al., C. R. Chimie 9 (2006).