Конформационная динамика нуклеиновых кислот при взаимодействии с лигандами (1098269), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Такие структуры характеризуются более низкимизначениями углов поворота по сравнению со структурами межмолекулярныхчетырехтяжевых квадруплексов, у которых петли отсутствуют (Рисунок 3.14).Среднее значение углов закручивания квадруплексов для структур типа ``кресло'' составляет 15∘ с отклонением 5∘ . Квартеты таких структур характеризуются высокой планарностью, скачок значений в области 0.8–0.9Å соответствуетструктурам, разрешенным в растворах с высокой ионной силой. Планарностьобъясняется тем, что гетероциклические основания латеральных петель образуют стэкинг-взаимодействия с основаниями квартетов и, тем самым, ограничивают их отклонения от плоскости.12045254035203025152010151055000102030угол, град0 0.2 0.4 0.6 0.8планарность,ÅРисунок 3.15: Схема пространственной организации и геометрическиехарактеристики квадруплексов типа ``кресло''Структура типа 'корзина'Состав группы:• 2KF8[270], 2KKA[271], 2KOW [272], 143D[273], 230D [274], 201D[275]— теломерная ДНК (человек, Oxytricha)Структуры типа ``корзина'' представляют собой мономолекулярный квадруплекс, соединенный двумя петлями латерального и одной диагональноготипа.
Как и в предыдущем случае, замена латеральной петли на диагональную приводит к изменению характера распределения углов закручивания —появляется два ярко выраженных плеча, со средними значениями 18∘ ±4∘ и36∘ ±4∘ (Рисунок 3.16).Таким образом, наличие диагональной петли определяет появление в конформационном ландшафте квадруплексов нового набора структур.
Для них характерны большие углы закручивания квадруплекса – эти значения максималь121ны среди всех, встречающихся в четырехтяжевых параллельных квадруплексах, не имеющих петель. Степень планарности квартетных структур типа ``корзина'' ниже, чем у рассмотренных ранее (исключительно с латеральными петлями), что, видимо, обусловлено уменьшением стэкинг-взаимодействий гетероциклических оснований диагональной петли с верхним квартетом.120601005080406030402020100001020угол, град300 0.20.40.60.8 1 1.2планарность,ÅРисунок 3.16: Схема пространственной организации и геометрическиехарактеристики структур типа ``корзина''.Одномолекулярные параллельные квадруплексы с пропеллерными петлямиСостав группы:• 1KF1 [276], 3CDM [277] - теломерная ДНК (человек)• 1XAV [278], 2A5P [279] – промотор c-MYC (человек)• 2KQG [280], 2KQH[280], 2KYP[281] – промотор онкогена c-kit (человек)• 1MYQ [282] – синтетический олигонуклеотид (GGA)4122• 1Y8D [283] – аптамер к (ВИЧ-1) интегразе ВИЧ-1Такие необычные структуры представляют собой внутримолекулярныеквадруплексы, все петли которых организованы по пропеллерному типу.
а полинуклеотидный тяж трижды меняет направление. Наличие пропеллерных петель жестко определяет структуру квадруплекса: распределение углов закручивания имеет выраженный максимум со значением 31∘ ±3∘ (Рисунок 3.17). Этозначение близко к полученному для 4-тяжевых параллельных квадруплексов,у которых нет петель. Одномолекулярные параллельные квадруплексы с пропеллерными петлями организованы в квартеты c высоким значением планарности. Возможно, что пропеллерные петли обеспечивают оптимальную геометрию квадруплексов с жестко закрепленным сахарофосфатным остовом.11010090807060504030201003002502001501005000 10 20 30 40угол, град0 0.20.40.60.8 1планарность,ÅРисунок 3.17: Схема пространственной организации и геометрическиехарактеристики одномолекулярных параллельные квадруплексов спропеллерными петлями.123Бимолекулярные квадруплексы с латеральными петлямиСостав группы:• 1A8N [284], 1A8W [285] – тандемный повтор GGGC• 1F3S [286] – синтетический олигонуклеотидВ отличие от мономолекулярных квадруплексов, которые образуются путемвнутримолекулярного фолдинга, бимолекулярные квадруплексы формируютсяпри димеризации двух сложенных ``сами на себя'' полинуклеотидных тяжей,которые несут блоки гуанинов.
Для этого типа квадруплексов характерна большая длина латеральных петель (5–6 нуклеотидов). Их можно рассматриватькак квадруплексы со структурой, промежуточной между мономолекулярнымиквадруплексами с латеральными петлями и квадруплексами с диагональнымипетлями. Углы закручивания этих квадруплексов также занимают промежуточноое положение в таблице значений - между двумя экстремумами указанныхтипов струкутр (Рисунки 3.16,3.17,3.18).Следует отметить склонность бимолекулярных квадруплексов с латеральными петлями к закручиванию на 20∘ ± 1∘ , 27∘ . Квартеты в квадруплексах этого типа жестко планарны – по-видимому, из-за интенсивных стэкингвзаимодействий с гетероциклическими основаниями петель.
Более строгиеумозаключения о структуре этих квадруплексов можно будет сделать только после расширения списка представителей – для повышения статистической значимости.Бимолекулярные квадруплексы с диагональными петлямиСостав группы:124• 156D[287;288],1JPQ[244],1L1H[289],1QDI[267],1QDK[267],3EM2[290], 3EQW[290], 3ERU[290], 3ES0[290], 3ET8[290], 3EUM[290],2AKG[291], 1K4X[274], 1JRN[244], 2HBN[292], 3EUI[290] — теломернаяДНК (Oxytricha)• 2KAZ [293], 1U64[294], 1LVS[295], 1FQP[296] - синтетические олигонуклеотидыВ молекулы этой группы входят бимолекулярные квадруплексы с диагональными петлями между противоположными углами . Таким образом, эти квадруплексы похожи на структуры типа ``корзина'', описанные ранее, у которыхдиагональная петля заменяет две латеральные петли. Для значений углов закручивания квадруплексов такая замена приводит к исчезновению плеча с максимумом 35∘ , оставляя только один максимум 19∘ ± 4∘ (Рисунок 3.18).
Распределение значений планарности квартетов также похоже на таковое у структур типа``корзина''.Бимолекулярные параллельные квадруплексы с пропеллерными петлямиСостав группы:• 1K8P[276], 2HRI[297], 3CE5 [298] – теломерная ДНК (человек)• 2KYO [299]- промотор онкогена c-kit (человек)• 1NYD [300], 1EEG[301], 1XCE[302] - синтетические олигонуклеотидыВ этом типе квадруплексов, как и для в его мономолекулярном аналоге, пропеллерные петли жестко ограничивают конформационный полиморфизм квадруплекса: кривая распределения значений угла закручивания имеет максимумпри 31∘ ±3∘ квартеты планарны (Рисунок 3.19).12512060100508040603040202010000102030угол, град0 0.20.40.60.8 1 1.2планарность,ÅРисунок 3.18: Схема пространственной организации и геометрическиехарактеристики бимолекулярных квадруплексов с диагональными петлями.110100908070605040302010025201510500102030угол, град0 0.2 0.4 0.6 0.8планарность,ÅРисунок 3.19: Схема пространственной организации и геометрическиехарактеристики бимолекулярных параллельных квадруплексов спропеллерными петлями.1263.3.3Классификация квадруплексных структурG-квадруплексные структуры локализованы на концах ДНК теломерныхучастков хромосом и в промоторных областях ряда онкогенных и опухолеассоциированных генов.
Это делает квадруплексы привлекательной мишеньюдля противораковой терапии. Наиболее вероятно, что взаимодействие антираковых препаратов с целевой квадруплексной ДНК происходит за счет стэкингвзаимодействия с квартетами (терминальными квартетами, либо за счет интеркаляции), с одной стороны, и с бороздками – с другой. Таким образом, детальное знание геометрии этих элементов и причин, способных влиять на нее, абсолютно необходимо для оптимизации поиска новых эффективных противораковых препаратов.Квадруплексы НК представляют интерес не только как мишени антионкогенных препаратов, но и как структурное ядро терапевтических агентов на основе аптамеров.
В частности, это аптамеры к тромбину, к интегразе ВИЧ-1, копухолевому маркеру – белку нуклеолину, вовлеченному в процессинг РНК.Для оптимизации стабильности и фолдинга этих олигонуклеотидов также необходимо знать природу сил, способных оказывать стабилизирющее и дестабилизирующее воздействие на молекулу аптамера.
Для квадруплексов характерно большое топологическое и структурное разнообразие, обусловленное такими переменными, как числоG-квартетов, направленность, тип, последовательность и длина петель. Для описания этого конформационного ансамбля мы выбрали два параметра: угол закручивания между двумя соседними квартетами ипланарность квартетов.Показано, что оперирование этими параметрами позволяет охарактеризовать самые сложные квадруплексные структуры. Надо отметить, что под пара-127метром ``планарность'' имеется в виду обобщение двух явлений.
В случае, если квартет симметричный и все основания G образуют водородные связи друг сдругом, этим параметром фиксируется именно планарность квартета. В случаеразрыва водородных связей симметрия квартета нарушается и тогда параметрфиксирует степень искажения квартета.Четырехтяжевой межмолекулярный параллельный квадруплекс представляет простейший пример, в котором действует лишь одна из указанных переменных – число G-квартетов. Эта переменная определяет границы, в которых могут существовать такие структуры без ущерба для своей целостности. Границы довольно широки: в терминах угла закручивания они составляют 19∘ –36∘ с двумя областями предпочтительных значений: 21∘ и 27∘ –34∘ .Движения терминальных квартетов таких структур ограничены лишь стэкингвзаимодействиями с прилежащими квартетами и координационными связямисо стабилизирующими катионами – в случае их наличия. Так что G-квартетытаких структур, особенно терминальные, не отличаются строгой планарностью.Структуры типа ``кресло'' разительным образом отличаются от 4-тяжевыхквадруплексов, в составе которых нет петель.
Латеральные петли таких структур ограничивают геометрию квадруплексов, более того, они ``уводят'' ее в область значений углов закручивания, не свойственных беспетлевым квадруплексам. Если для последних минимальные углы составляют 19∘ , то для структурс петлями исключительно латерального типа область предпочтительных значений находится в области 15∘ ±5∘ . Это говорит о том, что латеральные петли, в основном из-за небольшой длины, привносят в структуру квадруплексасущественное напряжение. В то же время, из-за особенностей расположения,вытекающих уже из названия данного типа петель, на терминальных полюсахG-квадруплексов такие петли активно взаимодействуют с краевыми квартетами128квадруплексов за счет стэкинга, что положительно сказывается на планарностиквартетов структур типа ``кресло''.Интересно, что добавление петель диагонального или пропеллерного типак структуре типа ``кресло'' сразу сказывается на паттерне распределения углов закручивания – область предпочтительных значений углов сдвинута в сторону больших величин, характерных уже для беспетлевых параллельных Gквадруплексов.
Кроме того, на паттерне появляется второе плечо, характеризующее область, примыкающую к петле, которая отличается от латеральной.В структурах типа ``корзина'' хорошо видно, насколько велико напряжение,создаваемое латеральными петлями, располагающимися на одном из полюсовмолекулы. Момент, создаваемый этими силами, разворачивает прилегающую кдиагональной петле область молекулы. помещая ее в диапазон больших значений углов закручивания, 36∘ ±4∘ . Это выше допустимой нормы для беспетлевых параллельных квадруплексов, но диагональная петля, за счет своей длиныи эластичности, компенсирует эту аномалию.Необходимо отметить, что такие значения углов закручивания не характерны для структур с петлями исключительно диагонального типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
