Стабільність коротких шпилькових структур нуклеїнових кислот і їх комплексів з ароматичними сполуками - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені В.Н. СТАБІЛЬНІСТЬ КОРОТКИХ ШПИЛЬКОВИХ СТРУКТУР НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ І ЇХ КОМПЛЕКСІВ З АРОМАТИЧНИМИ СПОЛУКАМИРобота виконана в Севастопольському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник доктор фізико-математичних наук, доцент Євстигнєєв Максим Павлович, Севастопольський національний технічний університет, доцент кафедри фізики. Офіційні опоненти: - доктор фізико-математичних наук, професор Сорокін Віктор Олександрович, Фізико-технічний інститут низьких температур ім. доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Шестопалова Ганна Вікторівна, Інститут радіофізики та електроніки ім. Захист відбудеться “22” лютого 2008 р. о 15.00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.13 у Харківському національному університеті імені В.Н.Крім класичної подвійної спіралі, нуклеїнові кислоти у водно-сольовому розчині можуть знаходитися в одноланцюжкових структурах, які були виявлені у деяких бактеріофагах та є обовязковою проміжною формою (матрицею) під час синтезу як ДНК, так і РНК, або формувати шпилькові структури, які знайдені в організмах різних вірусів, бактерій, а також тварин і людини, та беруть участь у взаємодії з регуляторними білками, та ін. Існують підстави вважати, що гептамер ДНК не є нижньою межею для утворення шпилькових структур - згортання в шпильку також можливе на рівні гексамеру ДНК d(GCXYGC) з дінуклеотидною петлею XY і стеблом d(GC)2. Таким чином, дослідження можливості утворення коротких шпилькових структур ДНК та їх комплексоутворення з ароматичними БАС грає велику роль в усвідомленні конформаційної змінюваності нуклеїнових кислот та механізмів медично-біологічної дії БАС. Структурний і термодинамічний аналіз комплексоутворення ароматичних БАС з гекса-та гептамерами ДНК, здатними утворювати шпилькові структури у розчині; Вперше показано, що найбільш імовірною причиною зниження температури плавлення шпильки d(GCGAAGC) при звязуванні з ароматичними БАС (мутагенами і антибіотиками) є зменшення загальної кількості внутрішньомолекулярних водних містків, що стабілізують шпилькову структуру гептамеру в розчині.Огляд літератури показав, що, хоч розміри петель і стебел шпилькових форм ДНК можуть варіювати у достатньо широких межах, виявлені in vivo біологічно значущі шпильки містять від одної до пяти основ у петлі та від двох до десяти пар основ у стеблі, при цьому найменш дослідженими є шпилькові форми коротких дезоксиолігонуклеотидів. Для визначення рівноважної константи і термодинамічних параметрів реакції утворення шпилькової форми гексамеру d(GCTAGC) використано температурні та концентраційні залежності протонних хімічних зсувів у рамках моделі трьох станів - мономер (N), дуплекс (N2) и шпилька (NL): (1) де Kd і Kc - рівноважні константи реакцій утворення дуплексної і шпилькової форм гексамеру, відповідно. При цьому було враховано, що стабільність шпилькової структури може визначатися не тільки параметрами самої шпильки, але й умовами її формування з лінійного мономеру. Отже, ймовірність утворення шпильки з послідовності d(GCATGC) повинна перевищувати ймовірність утворення шпильки d(GCTAGC), що знаходиться у відповідності зі значенням рівноважної константи Kc (див. табл. Згідно проведеному вище аналізу, дослідження умов утворення шпилькових форм повинно проводитися як на рівні самої шпильки, так і на рівні лінійного мономеру, з якого утворилася шпилька.У даній роботі методами одно-і двомірної 1Н-ЯМР-спектроскопії та молекулярного моделювання вперше досліджено короткі шпилькові структури на рівні гекса-та гептамеру ДНК та їх комплексоутворення з ароматичними лігандами. На підставі даних 1Н-ЯМР-спектроскопії встановлено, що дезоксигексануклеотид d(GCTAGC), разом з дуплексною, утворює також шпилькову структуру з петлею d(TA) і стеблом d(GC)2 у водному розчині. Порівняльний аналіз структурних і енергетичних параметрів мономерних, дуплексних та шпилькових форм ізомерних гексануклеотидів d(GCATGC) і d(GCTAGC) дозволив зробити висновок про те, що інверсія центральної пари d(AT)>d(TA) знижує загальну термодинамічну стабільність шпилькової форми. Дослідження методом молекулярної динаміки шпилькових форм гексамерів сімейства d(GCXYGC) з дінуклеотидною петлею d(XY) довільного складу дозволило зробити висновок про відсутність принципових стеричних обмежень щодо утворення таких шпильок у розчині. На підставі порівняльного аналізу структурних та енергетичних параметрів комплексоутворення DAU з дуплексами гексамерів d(GCATGC) і d(GCTAGC) показано, що найбільш імовірною причиною різної спорідненості антибіотику до d(GCATGC)2 у порівнянні з d(GCTAGC)2 є різний ступінь гідрофобної взаємодії аміноцукру DAU у малій канавці подвійної спіралі гексамерних дуплексів.

Основний зміст РОБОТИ