Особливості взаємодії комплексів білок-днк з малими молекулами

Серед малих молекул, що взаємодіють з нуклеопротеїдними комплексами, в першу чергу варто відмітити поліаміди, які є насьогодні єдиним класом молекул, для яких існують дані щодо зв’язування з хроматином. Насьогодні отримані кристалічні структури комплексів нуклеосом з трьома пірол-імідазольними поліамідами за 2,8 А, що було здійснено Суто з колегами у 2003 році.

Було виявлено, що дані поліаміди формують антипаралельні шпилькові структури, що розпізнають корову ДНК через малу борозенку. Також була встановлена можливість приєднання групи поліамідних молекул до зовнішньої сторони нуклеосоми (слайд 21а та b). Такі досліди дозволяють підтвердити можливість для певних лігандів приєднуватися до ДНК, навіть якщо остання утворює комплекс з гістонами.

Причому у даному випадку взаємодії спострегіається ряд структурних відхилень, але лише у молекулі ДНК, а не у гістоновому корі. Такі зміни включають у себе локальні та подовжені розширення малої борозенки, що у певних регіонах призводить до послаблення контактів ДНК з нуклеосомним кором. Важливим наслідком приєдання поліамінів до нуклеосом є блокування індукованого температурою переміщення гістонів, що може мати певне значення для функціонування хроматину, особливо для ремоделінгу останнього у ході транскрипції.

Поліаміди останнім часом також використовуються для вбудовування у проміжок між двома витками у нуклеосомі, що називається формуванням «суперборозенки» і було вперше спостережене Едайатумангаламом з колегами у 2004 році. У ході реакції використовується так званий шпильковий димер, який складається з двох поліамідних димерів, що поєднані між собою коротким ланцюжком поліетиленгліколю. Такий димер здатен вбудуватися у нуклеосому, про що горовить затримка ним дисоціації октамерів.

Іншим прикладом взаємодії комплексів білок-ДНК з малими молекулами є сполучення антиканцерного препарату цис-платину з комплексом HMG-ДНК. У такому комплексі ДНК виявляється у сильно зігнутій формі, з малою борозенкою, характерною для А-ДНК (слайд 22).

Цікавим прикладом лігандів комплексів ДНК-білок є речовини синтетичної природи, дія яких направлена на порушення регуляції топології ДНК через порушення функціонування ДНК-топоізомераз – ферментів, які змінюють ступінь суперспіралізації ДНК у процесі реплікації геномів як про-, так і еукаріот. Такі ферменти діють спочатку через розщеплення одного або обох ланцюгів ДНК, надання молекулі потрібного топологічного стану, а потім замикання розривів. Багато лігандів, які впливають на функцію топоізомераз, є антибактеріальними та антиканцерними агентами, які не дають ферменту від’єднатися від ДНК, зв’язуючись з його хроматинним комплексом.

Кристалічна структура комплексу топоізомерази І людини з 22-мером ДНК та антираковим препаратом топотеканом, отримана групою Стейкера у 2002 році, утворюється за рахунок приєдання топотекану до прямого хеліксу В-ДНК у регіоні так званої інтеркаляційної кишені (слайд 22 – детальне зображення сайту приєдання з чітко наявним розривом правого ланцюга ДНК , та слайд 23 – загальна будова комплексу з топотеканом у центрі молекули ДНК). Таким чином, приєднання топотекану за інтеркаляційним механізмом у місці розриву одного з ланцюгів В-ДНК зміщує одну частину послідовності ДНК відносно другої вниз на одну пару основ, що змінює структуру звичайного субстрату топоізомерази І, тому фермент не може від’єднатись від ДНК.

Черніком з колегами у 2004 році вдалось отримати схожий третинний комплекс, але з ще одним антираковим препаратом – камфотецином, причому використовувалась мутантна топоізомераза І, яка мала часткову резистентність до препарату, такі дослідження через зміну контактів між ферментом та ДНК дозволили трохи точніше виявити можливі причини такої резистентності. У 2005 році тою ж групою Стейкера було отримано цілий ряд комплексів топоізомерази І з різними її інгібіторами та ДНК.

На слайді 24 представлені адреси корисних вебсайтів, що присвячені комплексам білок-ДНК.