- •Нуклеїнові кислоти Вступна частина
- •Тема 1. Особливості первинної структури нуклеїнових кислот
- •Початок історії вивчення природи генетичного матеріалу
- •Хімічна природа азотистих основ та нуклеозидів
- •Властивості азотистих основ
- •Енергетичні параметри спарювання азотистих основ
- •Параметри конформацій основ та пар основ
- •Конформації площин пентоз
- •Конформації глікозидного зв’язку
- •Модифікації основ нк
- •Тема 2. Особливості форм вторинної структури нуклеїнових кислот Історія з’ясування вторинної структури днк
- •Торсійні кути та гнучкість кістяку нк
- •Основні параметри хеліксу днк
- •Вплив морфологічних параметрів пар основ на планарність останніх
- •Класичні форми вторинної структури днк
- •Особливості поліморфізму неканонічних форм вторинної структури ниток днк
- •Варіанти зігнутості днк
- •Фізико-хімічні властивості днк
- •Тема 3. Вищі форми структури днк. Будова хроматину Методи конденсації днк in vitro
- •Вищі форми структури днк бактеріофагів та бактерій
- •Конденсація днк у хроматині еукаріотичних організмів
- •Тема 4. Особливості будови молекул рнк. Види рнк Загальні відомості про функціональну активність рнк
- •Основи структури дуплексних рнк
- •Особливості будови тРнк
- •Рибозими – ферменти на основі рнк
- •Рибосвітчі – молекулярні перемикачі
- •Рибосоми та рибосомальні рнк
- •Взаємодія рнк з антибіотиками
- •Спеціальні регіони будови рнк та їх роль у взаємодії рнк з білками
- •Тема 5. Особливості взаємодії днк з білками
- •Класифікація білків, що приєднуються до днк та види зчитування послідовностей цими білками
- •Основні білкові сайти розпізнавання днк
- •Особливості прямих контактів днк з білками
- •Велика борозенка днк та α-хелікс білку як розпізнавальні елементи
- •Домени «цинкових пальців» у складі білку, як розпізнавальні елементи
- •Інші типи днк-розпізнавальних білкових структурних елементів
- •Розпізнавання днк білками у регіоні малої борозенки
- •Значення згинання днк у механізмах взаємодії з білками
- •Особливості взаємодії комплексів білок-днк з малими молекулами
- •Тема 6. Неканонічні та нестандартні форми структурної організації днк Формування неправильних пар основ
- •Потрійні хелікси днк
- •Гуанінові квадриплекси днк
- •Cполучення Холідея
- •Cтруктура днк-ензимів
- •Неприродні структури днк
- •Форми високомолекулярних днк
- •Тема 7. Принципи взаємодії днк з малими молекулами
- •Взаємодія днк з молекулами води
- •Загальні принципи розпізнавання та взаємодії днк з хімічно синтезованими речовинами та малими молекулами
- •Інтеркаляція в днк
- •Малі молекули, що нековалентно приєднуються до борозенок в днк
- •Малі молекули, що ковалентно приєднуються до днк
- •Тема 9. Хімічні та ензиматичні методи вивчення структури та функціональних особливостей нуклеїнових кислот Синтез та гідроліз
- •Визначення послідовності нуклеотидів днк
- •Сиквенс послідовностей рнк
- •Загальні методи визначення вторинної структури нк
- •Визначення вторинної структури рнк
- •Визначення вторинної структури рнк
- •Визначення третинної структури нк
- •Ямр, як метод вивчення структури та динаміки нк
- •Молекулярне моделювання та симуляція нк
Домени «цинкових пальців» у складі білку, як розпізнавальні елементи
Насьогодні відома велика кількість цинк-вмісних доменів та ділянок у складі ДНК-зв’язуючих білків, які є найбільш широкою групою доменів, що відповідають за розпізнавання ДНК даними білками.
Першою з даного сімейства білків була описана група транскрипційних факторів TFIIA з Xenopus – така група отримала назву білків з ділянками так званих «цинкових пальців». Такі ділянки складаються з регулярно розміщених залишків цистеїну та гістидину, що скоординовані між собою через йон цинку. Саме третинна структура білку у регіоні йона цинку називається «пальцем» - кожен «палець» являє собою комплекс з антипаралельних β-складок та α-хеліксу, що скоординовані цинком (слайд 8).
Як правило, у цинк-вмісних білках даного типу розміщено як мінімум два таких «пальці», кожен з яких розпізнає сайт на великій борозенці В-ДНК, який складається з трьох пар основ, що було виявлено на прикладі транскрипційного фактора Zif268 Павлетичем та Пабо у 1991 році. Ця структура представлена на слайді 9, а нижче на тому ж слайді у таблицю зведені отримані насьогодні кристалічні структури типу «цинкових пальців».
У таких структурах кожен «палець» прямо контактує зі збагаченим гуаніном ланцюгом ДНК, причому така взаємодія включає у себе зв’язки аргінін-гуанін та гістидин-гуанін, схожі на ті, що були виявлені у випадку НТН-ділянок.
Домен «цинкових пальців» трохи іншої будови, був виявлений у транскрипційному активаторі GAL4 Марморштейном у 1992 році. Такий транскрипційний фактор приєднується до ДНК у якості димеру. Кожна з окремих молекул GAL4 у складі димеру має два домени:
-
Цинк-зв’язуючий регіон,
-
Α-хелікс, який приєднаний до першого домену за допомогою подовженої пептидної ділянки (слайд 10).
Перший з доменів, коли фактор приєднується до ДНК, лежить у великій борозенці останньої, утворюючи прямі контакти між бічними ланцюгами основної амінокислоти лізину та основами гуаніном та цитозином, оскільки розпізнавальна послідовність ДНК у цьому регіоні – ССG, яка є висококонсервативною.
Ядерні рецептори, особливо до стероїдів та ретиноєвої кислоти, також мають у своєму складі цинк-вмісні ділянки для розпізнавання відповідних елементів відповіді на ДНК. Майже всі з таких елементів відповіді мають у своєму складі послідовності d(AGGTCA) або d(AGAACA), до яких відповідні рецептори приєднуються у якості гомо- або гетеродимерів. Цинкові ділянки у таких білках містять пару α-хеліксів, що поєднані координаційно між собою через 2 атоми цинку у районі С-кінцевої термінальної петлі (слайд 10).
Один з хеліксів у складі домену приєднується до великої борозенки ДНК за вказаною раніше послідовністю (слайд 11 на прикладі рецептора естрогенів), в той час як роль другого з них – підтримання структурної цілісності загального комплексу. У процесі розпізнавання бічні ланцюги основних амінокислот створюють прямі контакти з основами ДНК, причому сама молекула ДНК зберігає В-форму, хоча може мати деякі відхилення у локальних параметрах будови.
«Цинкові пальці» можуть використовуватись для дизайну синтетичних розпізнавальних молекул ДНК зі специфічними послідовностями, які можна варіювати певним чином. Такий підхід був використаний, наприклад, для вивчення зв’язування димерних поліамінів з малою борозенкою ДНК. Перевагою даного методу є можливість синтезу конструктів з кращою доступністю основних сайтів на ДНК, а недоліком – великі розміри утворених комплексів, що затруднює їх перенос у клітину.
Використовуючи вищенаведений підхід, було сконструйовано пептид, який містив аж три «цинкові пальці», міг приєднуватися до послідовності ДНК з дев’яти пар основ у складі онкогену BCR-ABL, з достатньо низьким значенням константи рівноваги – 6 10-7 М, що говорить про дуже високу спорідненість, яка принаймні на порядок перевищує таку для інших сигнальних контрольних послідовностей.
Вбудовування так званої димерізуючої ділянки у конструкти дозволяє у перспективі збільшити кількість цинкових доменів на одному пептиді до чотирьох та більше без втрати загальної спорідненості до ДНК для кожного з них. Наприклад, у 2000 році Вольфе, Рамме та Пабо вже було успішно сконструйовано білок з чотирма «цинковими пальцями», для цього дослідники використали димерізуючу ділянку ділянку «лейцинового зіппера» GCN4, такий конструкт успішно розпізнає регіон ДНК з 10 пар основ. Таким чином, у майбутньому можливим буде конструювання білків з різною кількістю «цинкових пальців» для розпізнавання та детекції будь-якої послідовності ДНК.