Диссертация (1151325), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Взаимодействиефосфолипидов с ДНК ранее методами молекулярной динамики и докинга неизучалось. В наших компьютерных экспериментах результатом докингамолекулы фосфатидилэтаноламина (ФЭ) с олигомером ДНК (dA)20·(dT)20стало перемещение ФЭ из большой (стартовое положение) в малую бороздкуДНК, причем энергия связи равняется – 6,3 ккал/моль. На рис. 19 приведенаструктура В-формы олигомера ДНК с молекулой ФЭ в малой бороздке ДНК,полученная в результате докинга. Мы рассчитали траектории атомов вкомплексе ФЭ с двумя остатками линолевой кислоты с олигомером ДНКметодами молекулярной динамики как было описано ранее в работах длякомплексов ДНК с линолевой кислотой (Жданов и др., 2014в; Тарасов и др., 2012).Рис.
19. Структура олигомера ДНК (dA)20·(dT)20 смолекулой фосфатидилэтаноламина в малойбороздке в качестве лиганда.128На рис. 20 представлены результаты изменения среднеквадратичногоотклонения координат структур (RMSD) cо временем. Поскольку в значенияхпараметра RMSD для ФЭ не наблюдаются существенные изменения, вклад вколебания значения RMSD для ДНК могут вносить и участки, не связанные сфосфолипидом. При оптимизации динамики комплекса ФЭ и (dA)20·(T)20ДНК было рассчитано количество пар атомов, расстояние между которымименьше 3,4 Ǻ (при 700 сохраненном шаге), их оказалось 198 пар атомов.Интерес представляют следующие группы пар атомов (в скобках указаноколичество обнаруженных пар): O и H (33 пары), N и Н (9 пар), O и O(1 пара), N и N (0 пар), O и С (1 пара), N и C (0 пар), O и N (0 пар), а такжевозможные пары с P (1 пара P и H); всего 45 пар атомов (рис.
21 А). Анализпоследнего шага динамики показал следующий результат: было обнаружено248 пар атомов, расстояние между которыми меньше 3,4 Ǻ. Среди них 48представляет интерес: O и H (36 пары), N и Н (7 пар), O и O (3 пара), N и C(1 пар), с P (1 пара P и H) (Жданов и др., 2014в).Рис. 20. Изменение среднеквадратичного отклонения координат структур (RMSD)молекулы и лиганда в комплексе ДНК (dA)20·(dT)20 и фосфатидилэтаноламина на каждомсохраненном шаге динамики. По Х – шаг динамики, по Y – изменение в Ǻ.129На рис. 21 Б представлен диапазон этих расстояний.
Изменения расстояниймежду парами атомов, расстояния между которыми на 700 шаге динамикибыли меньше 3,4 Ǻ, представлены на рис. 22. Было подсчитано также числомежатомных взаимодействий, т. е. количество пар атомов, расстояние междукоторыми в ходе динамики было меньше 3,4 Ǻ (рис. 23). Наибольшееколичество таких пар атомов оказалось на 39 сохраненный шаг динамики, аименно, 337 пар атомов. Наименьшее число межатомных взаимодействийпришлось на 1221 сохраненный шаг динамики – 175 пар атомов. Быловыявлено 10 пар атомов, расстояние между которыми меньше 3,4 Ǻ и напервом и на последнем сохраненных шагах динамики (Жданов и др., 2014в).АБРис.
21. Расстояния между парами атомов: А – между 45 парами атомов, на 700сохраненный шаг; Б – диапазон расстояний между интересующими парами атомов в концединамики.130Рис. 22. Изменение расстояний между парами атомов, которые на 700 шаге динамикибыли меньше 3,4 Ǻ. Ось X – шаг динамики, ось Y – расстояние между парами атомов в Ǻ.Рис. 23. Количество пар атомов (число межатомных взаимодействий), расстояние междукоторыми меньше 3,4 Ǻ, в ходе молекулярной динамики.131Для анализа взаимной ориентации молекул в комплексе ДНК – ФЭнами были выбраны шесть пар атомов ДНК и ФЭ (рис.
24). Из данных рис. 24следует, что координаты пары O4'(166)-H4(1331) сильно колеблются и, повидимому, она могла оказаться в этой выборке случайно (так как необходимоемежду ними расстояние, меньше 3,4 Ǻ, наблюдается несколько раз в начале ив конце динамики). На рис. 25 показано, что атом водорода (LIG41:H46)липида расположен между двумя атомами ДНК: атомом азота (DA8:N3)(среднее расстояние по всей динамике 3,3 Ǻ) и атомом кислорода (DT34:O2)(2,6 Ǻ).
При этом из данных рис. 25 следует, что атом водорода липидарасположенближеэлектроотрицательностисоперничествозакпокислородкислороду,вследствиесравнениюлипидасатомом(LIG41:O2)большейазота.егоПодобноенаблюдаетсямеждуводородом (DA9:H1') (3,1 Ǻ) и водородом (DA10:H5'1) (3,7 Ǻ), и в этомслучае координируется атом водорода (DA9:H1') вследствие большейсвободы колебаний (кольцо дезоксирибозы), а не атом водорода (DA10:H5'1),связанный с ДНК (Жданов и др., 2014в).Рис.
24. Изменение расстояний между парами атомов в ходе динамики, расстояние междукоторыми были меньше 3,4 Ǻ в первом и последнем шаге динамики.132Рис. 25. Структура комплекса олигомера ДНК и фосфатидилэтаноламина (нейтральнаяформа). Ориентация цепи ДНК изменена для обеспечения лучшего угла обзора комплекса.Рис. 26. Структура комплекса ДНК и фосфатидилэтаноламина.133Следует отметить, что в конце динамики картина начинает меняться:расстояние между водородом (DA10:H5'1) и кислородом (LIG41:O2)становится короче, а водородом (DA9:H1') и кислородом (LIG41:O2)увеличивается.
Возможно, при более длительной динамике можно было быувидеть сдвиги атомов (Жданов и др., 2014в).Результаты изучения молекулярной динамики указывают на то, что этоткомплекс является устойчивой структурой, причем динамика комплекса ФЭДНК характеризуется невысокой конформационной подвижностью лигандаФЭ в ДНК. Основным объяснением этому, по-видимому, является тот факт,что фосфолипид связан с молекулой ДНК двумя остатками жирных кислот(Жданов и др., 2014в).Энергия связи ФЭ в малой бороздке олигодезоксирибонуклеотида(dA)20·(T)20 равняется – 6,3 ккал/моль.
Структура комплекса ДНК с молекулойФЭ в малой бороздке (рис. 19) получена впервые, не имеет аналогов влитературе, и представляет собой первый пример структуры молекулярныхкомплексов ДНК и фосфолипида. До компьютерного эксперимента можнобыло представить три альтернативных расположения ФЭ в двойной спиралиДНК: в большой бороздке, либо в малой бороздке или по одномужирнокислотному остатку в малой и в большой бороздках. Минимизацияэнергии комплекса ДНК-ФЭ показала, что в структуре с минимальнойэнергией оба остатка линолевой кислоты располагаются в малой бороздке(рис.
19). Хотя в значениях параметра RMSD для молекулы ФЭ в комплексеДНК-ФЭ не наблюдаются значительные изменения, тем не менее имеютсяучастки, в которых существуют симметричные изменения величин RMSDДНК и ФЭ: так, на 1270 шаг приходится спад кривой этого параметра дляДНК (1 Ǻ), причем для липида величина такого падения небольшая (0,2 Ǻ)(Рис. 20) (Жданов и др., 2014в).Количество и типы взаимодействующих атомов на начальных иконечных шагах динамики отражают переход структур к более стабильному134комплексу, от 198 до 248 пар атомов, максимум в промежуточных шагах равен337. Качественный анализ показывает увеличение числа O-H пар. Стоитотметить, что расстояния между парами атомов ДНК и ФЭ на начальных шагахдинамики претерпевают изменение в ходе всей динамики (рис.
22). Несмотряна это, некоторые пары атомов колеблются в незначительных диапазонах втечение всей динамики (рис. 24) (Жданов и др., 2014в).Взаимодействия жирных кислот (нейтральной и анионной формылинолевой и олеиновой кислот) (Тарасов и др., 2012) и ФЭ (рис. 26) с ДНКбыли проанализированы по реперным точкам. Результаты показали, чтовследствие наличия у ФЭ двух жирных кислот, расстояние между атомамиего жирных кислот и атомами ДНК снижаются более, чем на 2 ангстрема, посравнению со свободными жирными кислотами.
Предположительно этообъясняется именно наличием у ФЭ двух жирнокислотных остатков,связанных через остов глицерофосфата. Однако, у данного взаимодействияесть и недостаток: наличие у фосфолипида этаноламинной полярной группыприводиткувеличениюрасстояниймеждуатомамикислорода(проанализирован лишь один кислород) сложноэфирной связи и атомомкислорода остатка фосфорной кислоты при тимидине (34-й остаток). Привзаимодействии свободной жирной кислоты расстояние между схожими впространстве атомами жирной кислоты и ДНК меньше более, чем на 2,5ангстрема(Ждановидр.,2014в).Этообъясняетсястерическимипрепятствиями, создаваемыми этаноламинной группой, то есть близкийконтакт гидрофильной головки липида осложнен этаноламином, в то времякак гидрофобные хвосты наоборот плотно взаимодействуют с ДНК.Полярная группа ФЭ-этаноламина тоже взаимодействует с ДНК, на рис.
26отмечено, что расстояние между водородом этой группы и атомом кислородаостатка фосфорной кислоты тимина (35 остаток) равно 1,7 Ǻ. Как и в случаевзаимодействия ДНК с жирными кислотами (Тарасов и др., 2012), вкомпьютерных экспериментах с комплексом ДНК с ФЭ мы подтвердили135вклад не только водородных связей, но и ван-дер-ваальсовых и гидрофобныхвзаимодействий, в стабилизации комплекса ДНК-ФЭ. Участие двухпоследних типов взаимодействий было предположено ранее при изучениикомплексообразования нуклеиновых кислот с липидными монослоями(Жданов и др., 2014в; Michanek et al., 2012).Таким образом, при изучении структурных особенностей комплексовДНК с ФЭ и другими фосфолипидами, которые были обнаружены внадмолекулярных комплексах ДНК (Жданов и др., 2014в; 2015), могут статьпоняты принципы липидного кодирования геномной ДНК, структурныеособенности комплексов ДНК с липидами и их роль в экспрессии генов.С учетом этой информации может стать возможным создание новых типовлекарственных препаратов, связывающихся с ДНК (Жданов и др., 2014а).Полученныенамивпервыерезультатыпозволяютпредсказатьвзаимодействие ДНК с молекулой фосфатидилэтаноламина по малойбороздке ДНК в водных растворах; эти данные дополняют и развиваютрезультаты предыдущих работ (Жданов и др., 2014в).Впервые определены структурные параметры комплекса фосфолипида сДНК, объяснены отличия по сравнению с взаимодействием ДНК сосвободной жирной кислотой.
Показаны особенности расположения молекулыфосфатидилэтаноламина в малой бороздке ДНК, исходя из структурныхособенностей этой молекулы (Жданов и др., 2014в).1362.3.3.4. К вопросу о взаимосвязи и проблематике исследований липиднуклеиновых взаимодействий и комплексов про- и эукариотИсследования, результаты которых обсуждены в § 2.3.1 и § 2.3.2диссертационной работы, были выполнены на объектах, выделенных изклеток прокариот: грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca играмположительной бактерии Bacillus subtilis.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
