Un G-quadruplex (G4) è una struttura secondaria a quattro filamenti che può adottare gli acidi nucleici ( DNA o RNA ) ricchi di residui di guanina . Questa struttura si basa su accoppiamenti di basi tipo Hoogsteen che formano un vassoio di quattro residui di guanina (G), detto anche "nibble". Lo stack parallelo e ininterrotto di almeno due quartetti, intercalati da un catione monovalente ( sodio o potassio ) che stabilizza la struttura, costituisce G4. Si tratta di una struttura di DNA primaria contenente quattro coppie di G che possono trovarsi sulla stessa molecola di DNA (G4 intramolecolare o su molecole di DNA diverse (G4 intermolecolare).
G-quartetti e G-quadruplex sono stati caratterizzati nel 1962 da X- diffrazione di raggi . Sono state studiate in dettaglio in vitro ed è stato dimostrato che si formano in condizioni fisiologiche di salinità e pH e che molte proteine sono in grado di fissare, stabilizzare o al contrario srotolare queste strutture in vitro (per la revisione).
Oltre ai telomeri , studi di bioinformatica hanno rivelato una forte presenza di sequenze potenzialmente in grado di formare G-quadruplex in tutti i genomi finora analizzati (più di 270.000 nell'uomo). Queste sequenze sono molto arricchite in alcuni loci, in particolare a livello dei promotori , e dell'estremità 5'-UTR degli RNA messaggeri e ciò riguarda più in particolare alcune classi di geni , mentre altre ne sono prive. Ciò suggerisce un ruolo conservato di controllo trascrizionale , splicing o traduzione per queste strutture secondarie. Oltre a questo ruolo putativo nel controllo dell'espressione genica, i G4 sembrano essere coinvolti in molti altri processi cellulari, come la biogenesi ribosomiale e la maturazione dell'RNA ribosomiale , la ricombinazione omologa , la regolazione della struttura dei telomeri e l'inibizione o l'inizio della replicazione dei DNA ribosomiali e dei telomeri. . Il coinvolgimento di G4 in questi meccanismi in cui il DNA è attivamente aperto è coerente con l'idea che G4 può essere formato solo quando il DNA (o RNA ) è in forma a singolo filamento .
Diversi studi hanno recentemente dimostrato, direttamente o indirettamente, l'esistenza di G-quadruplex negli organismi viventi. Nei ciliati per visualizzazione diretta utilizzando anticorpi estremamente fini del G-quadruplex formato dai telomeri di Stylonychia lemnae nonché il ruolo di due proteine telomeriche (TEBPα e ß) nella formazione di questa struttura dimostrando un ruolo importante del G-quadruplex in metabolismo dei telomeri. Nell'uomo, l'esistenza di G-quadruplex è stata dimostrata utilizzando ligandi che legano specificamente i G-quadruplex telomerici. Nei batteri, la formazione di G-quadruplex durante la trascrizione è stata dimostrata mediante microscopia elettronica in E. coli. Un campo di studio dei G-quadruplex risiede anche nella loro visualizzazione dal vivo in una cellula vivente, in particolare tramite metodi spettroscopici .