Конформационная динамика нуклеиновых кислот при взаимодействии с лигандами (1098269), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Следует заметить, что нет явных свидетельство вовлечении Вос-группы в гидрофобные взаимодействия. Хотелось бы отметить, что гидрофобные взаимодействия эффективны в том случае, когда по106движность молекул воды на поверхности контакта отличается от подвижностив водной фазе. Для рибосомного тоннеля сложно говорить о водной фазе вообще, так как практически все молекулы воды структурированы, а это значит, чтовклад гидрофобных взаимодействий здесь незначителен. Из Рисунка 3.9 видно,что все рассматриваемые соединения образуют водородную связь гидроксильной группы карбиноламинного мостика с атомами кислорода основания А2062и/или атомами кислорода О3 и О9 из макролидного кольца.
Роль таких водородных связей в стабилизации комплекса антибиотик-рибосома отнюдь не очевидна.Сравнивая активность рассмотренных соединений в экспериментах по ингибированию трансляции in vitro, мы обнаружили, что соединение Boc-GlyOMT превосходит по эффективности ОМТ. Замена большой гидрофобной Восгруппы на меньшую гидрофильную формил-группу не приводит к изменениюактивности, что указывает на правильность выводов, сделанных на основе результатов моделирования.Мы уже отметили, что антибиотики тилозинового ряда, благодаря наличиюальдегидной группы в при С6, обладают способностью формировать ковалентную связь с компонентами рибосомного тоннеля [205].
Давно известно, что длятаких антибиотиков как тилозин, ОМТ, десмикозин и прочих аналогов восстановление этого карбонила до гидрооксила приводит к значительному резкомуснижению их ингибиторной активности. Как показано А.А. Богдановым с коллегами, восстановление альдегидной группы тилозина приводит к тому, что тилозин теряет способность конкурировать с эритромицином и становится оченьслабым ингибитором трансляции.Соответственно, надо подчеркнуть, что для эффективного формированияэтой ковалентной связи необходимо правильным образом ориентировать аль107дегидную группу лактонного кольца в положении С20 и амино группу А206223 рРНК.
Именно на этапе формирования водородных связей обеспечиваетсяточная пространственная ориентация участков взаимодействующих молекул.Электростические, ван-дер-Ваальсовы и гидрофобные взаимодействия не имеют геометрических детерминант, их влияние на пространственную структурумакромолекул обусловлено их совместным действием и поэтому при изменении геометрии их влияние ослабевает. Водородным связям для эффективноговклада в общую энергию связывания требуется достаточно жесткие геометрические ограничения, которые позволяют специфически ориентировать молекулу антибиотика для успешного протекания реакции образования ковалентнойсвязи.
Кинетика этого сложного двухступенчатого процесса уже исследована[215].Мы моделировали состояние так называемого ``конечного комплекса'' с рибосомой, структурно подобной H. marismortui по данным РСА. А это не позволяет a priori утверждать, что результаты моделирования будут соответствовать данным экспериментов, проведенных на рибосомах E. coli. Тем не менее, сравнивая ингибирующую активность соединений в ряду тилозин-ОМТпроизводные в зависимости от числа водородных связей, образуемых, согласно модели, каждым из них с областью тоннеля, можно предложить разумноеобъяснение полученных экспериментальных данных. Особо следует отметитьвысокую активность N-AcGly-содержащих соединений.
Интересно, что именно атомы, входящие в остов пептида, способны образовывать две стабильныеводородные связи как с белком L22, так и с 23S рРНК. Известно, что нуклеотидА752 образует уотсон-криковскую пару с U2609, и эта пара является ключевым структурным и функциональным элементом рибосомного тоннеля [212].Она вовлечена во взаимодействия как с ``тормозящим'' пептидом, так и макро108лидными антибиотиками [210; 216—219]. С другой стороны, функциональнаязначимость Lys90 рибосомного белка L22 так же хорошо известна. Его мутацииприводят к множественным эффектам ассоциированных с активностью ``тормозящего'' пептида TnaC.Таким образом, выявлен новый потенциальный сайт нековалентного взаимодействия остова растущего пептида с поверхностью рибосомного тоннеля.Возникающие здесь взаимодействия регулируют скорость прохождения черезрибосомный тоннель синтезируемого пептида, аминокислотный состав и конформация которого и определяют эффект этой регуляции.
Вероятно, эти контакты могут влиять на созревание белка и его фолдинг на выходе из рибосомного тоннеля. В это части работы показано, что низкоамплитудные движенияазотистых оснований рибосомы играют ключевую роль в связывании антибиотиков. На основании полученных результатов можно говорить о высокой точности метода полноатомного моделирования, который позволяет детально воспроизвести геометрию водородных связей, необходимых, в данном случае, дляпозиционирования альдегидной группы тилозиновых производных внутри рибосомного тоннеля.
Важно отметить, что значимых изменений в направлениисахаро-фосфатного остова не выявлено – как и предполагалось при построениимодели. Следует признать, что для полного описания и определения динамики движения остова НК рибосома не самый удобный объект, так как придетсяучитывать движение всех атомов этого огромной РНК-белковой машины - и этоочень затратные расчёты.1093.3Влияние топологии петель на геометрию квадруплексов3.3.1Особенности структуры гуанин богатых ДНКИзестно, что в различных условиях тяжи гуанозиновых олиго- и полинуклеотидов способны агрегировать друг с другом. Нередко такая агрегация стабилизируется присутствующим в растворе одновалентным катионом с подходящим радиусом типа калия или натрия. С помощью РСА показано, что такие полигуаниновые последовательности образуют структуру с новым типомукладки ДНК - четырехцепочечную спираль [220—222] , где четыре гуаниновых основания из разных цепей образуют плоскую структуру, удерживаемуюG-G попарными водородными связями (Рисунок 3.10).
Такие структуры отличаются высокой стабильностью и называются гуаниновыми G-квартетами, илиG-тетрадами. Каждый G-квартет скреплен в сумме восемью водородными связями, образованными взаимодействием ``уотсон-криковской стороны'' одногогуанинового основания с ``хугстиновской стороной'' другого.К НК, которые потенциально могут образовать G-тетрадный мотив, приковано внимание многих исследователей. Это связано с тем, что гуанин-богатыепоследовательности чрезвычайно широко представлены во всех открытых наданный момент геномах. Такие мотивы обнаружены и в промоторных областях,и в сайтах переключения в составе последовательности иммуноглобулиновыхгенов, и в ``горячих точках'' рекомбинации, и др.[223].G-квартеты обнаружены также на концах ДНК эукариотических хромосом,т.е.
в теломерах [224]. Последовательность ДНК теломер представляет собойтандемные повторы коротких блоков поли-G, которые иногда включают в себя110Рисунок 3.10: Схема G-квартета. Представлены четыре остатка гуанина изкопланарной четверки квартета. Каждый нуклеотид одновременно выступаети донором (атомы N1 и N2), и акцептором (атомы О6 и N7) водородных связей.111аденин и/или тимин: Gn Tn ,Gn Tn Gn , Gn An или (TTAGGG)n . Тип повтора является видоспецифичным.
Так, повтор (TTAGGG)n характерен для млекопитающих, TTAGG для насекомых, а TTTAGGG –повторы большинства растений. Втеломере ДНК находится в комплексе со специфическими белками. Теломерызащищают информацию на концах генома от от ``недорепликации'' и другихповреждений. которые могут случиться в ходе рекомбинации или при воздействии нуклеаз.ДНК теломер в соматических клетках человека в среднем составляет 8–10т.п.н. Терминальные 100–200 нуклеотидов с 3'-конца представляют собой однотяжевой ``хвост'' [225], конформационно ничем не ограниченный.
В живых клетках этот ``хвост'' ассоциирован с белком POT1 [226], в отсутствие жеэтого белка однотяжевая теломерная ДНК способна складываться и димеризоваться, формируя четырехцепочечные шпильки, которые могут стабилизироваться формированием G-тетрад [227; 228]. Другой способ стабилизации такойДНК — формирование внутримолекулярных G-квартетов путем многократногоскладывания. Такие G-квартет-содержащие структуры называются квадруплексами или тетраплексами [229]. Помимо теломер, G-квадруплексные последовательности обнаружены в промоторах ряда онкогенных и опухолеассоциированных генов, таких как k-ras [230], c-kit [231] и bcl2[232].Таким образом, перспективным направлением терапии онкологических заболеваний может стать дизайн ингибиторов экспрессии таких генов с помощьюспецифичных к квадруплексам агентов типа порфирина TMPyP4 [233; 234] .
Gквадруплексы могут ,быть образованы короткими олигонуклеотидами с последовательностью Gm Xn Gm Xo Gm Xp Gm , где m – число остатков гуанина в G-блоке,которые обычно и задействованы в образовании G-тетрад. Xn ,Xo и Xp могут112быть комбинацией любых нуклеотидов, включая G; такие участки формируютпетли между G-тетрадами.Некоторые последовательностей аптамеров тоже относятся к квадруплексным ДНК, т.е.
в растворе способны формировать G-квадруплексы. Аптамеры –это короткие синтетические олигонуклеотиды или пептиды, способные специфически узнавать свою мишень, размер же мишени варьирует в широких пределах – от малых молекул до целых клеток. Так что аптамеры считаются аналогами моноклональных антител [235; 236].Уже идентифицированы G-квадруплексные аптамеры, мишенью которыхявляется тромбин [237] и STAT-3[238]. Известны G-квадруплексные аптамерыс антираковыми свойствами – они проходят сейчас стадию клинических испытаний; механизм их действия связан с белком нуклеолином. участвующем впроцессинге РНК [239].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
