Значення згинання днк у механізмах взаємодії з білками

Дослідження за допомогою ЯМР та кристалографії показали, що за відсутності білків або інших агентів (наприклад, хімічно синтезованих речовин) сама структура ДНК має середній ступінь гнучкості. Це пояснюється жорсткими конфірмаційними обмеженнями, які накладаються з боку кістяку, складчастості цукрів, пар основ та розміщення самих основ.

У комплексах з білками кількість варіантів структури ДНК значно зростає, в основному, через те, що енергії зв’язування компонентів комплексу виявляється достатньо для переходу бар’єрів дозволених ступенів деформації ДНК. Тому у таких комплексах зустрічаються різні типи згинання ДНК в основному для оптимізації утворення контактів між компонентами.

Деякі з розглянутих нами вище білкових доменів, наприклад, «цинкові пальці» або НТН-ділянки, можуть приєднуватися до ДНК без формування згинів, оскільки для ефективного зв’язування у цьому немає потреби. Якщо ж таке згинання під час приєднання відбувається, то, як правило, у регіоні взаємодії стираються межі між А- та В-ДНК, що робить складним визначення приналежності форми ДНК до певного виду. Приклади:

1. Структура комплексу ДНК з білком Zіf268, який містить домен «цинкових пальців», являє собою дещо середнє між А- та В-формою ДНК, оскільки характеризується перехідними значеннями конформаційних параметрів, нехарактерними для цих канонічних структур.

2. ДНК у комплексі met J має прямий центральний сегмент з 10 пар основ, який згинається з обох кінців у результаті зміни ширини борозенок, що диктується необхідністю формування димеру білку та взаємодії останнього з ДНК у такій формі.

3. У структурі комплексу репресора/оператора trp ДНК за параметрами є відмінною від канонічної В-форми в результаті численних малих, але кумулятивних локальних змін, наприклад, у значенні кута згортання та кута ковзання. Такі змінені ділянки ДНК варіюють ширину борозенок і тому є необхідними для формування великої кількості контактів непрямого зчитування між ДНК та білком. В результаті молекула згинається точно за геометрією білкової поверхні.

4. У комплексі ДНК з білком Е2 вірусу папіломи-1 відбувається гладеньке згинання ДНК навколо розпізнавальної ділянки, яка являє собою β-складчастість. Це відбувається для забезпечення доступу до великої борозенки для бічних ланцюгів певних АК. При цьому ширина борозенки зменшується на стороні ДНК, що наближена до білку, також у цьому регіоні спостерігається зміна у значеннях кутів закручування та пропелерного вигину.

5. Прокаріотичний активатор транскрипції САР, що діє у якості димеру, має консенсусний сайт зв’язування з ДНК довжиною 22 пари основ з необхідними основами, розміщеними на кінці послідовності. У нормі лінійна та пряма послідовність такої довжини була б завеликою для зв’язування з малим білком САР, але проблема вирішується через згинання ДНК у складі комплексу майже на 90⁰, що дозволяє ДНК ефективно закручуватись навколо білкового димеру. Таке згинання відбувається за рахунок всього двох пар основ, кожна з яких знаходиться на кожній зі сторін осі подвійної симетрії комплексу, причому кут закручування ДНК у цьому регіоні становить 40⁰ з кожного боку, а кут вигину складає 20⁰, як було показано групою Наполі у 2006 році.

6. Вже розглянутий нами білок ТВР та глобулярна частина гістону Н5, які є білками з НТН-доменами, мають схожі з САР структурні характеристики, тому вони також здатні згинати ДНК, що є важливим для їх функціональної активності.

Таким чином, насьогодні вважається, що обидві форми ДНК у складі комплексів, а також перехідні варіанти між ними, відіграють значну роль у функціонуванні як ДНК, так і зв’язаних з нею білків. Вид деформації структури ДНК загалом залежить від виду білку та типу сигнальної послідовності.