Особливості поліморфізму неканонічних форм вторинної структури ниток днк

Перехід з однієї канонічної форми ДНК на іншу, як уже зазначалося, може бути викликаний зміною вологості середовища. Інші, неканонічні форми ДНК можуть бути отримані за допомогою більш тонкого контролю вологості середовища (С-форма) або лише синтезом ДНК суворо визначеної послідовності (D- та Z-ДНК).

До того ж, існують так звані неканонічні підкласи А- та В-ДНК які відрізняються, наприклад, більшою закрученістю ланцюгів навколо вісі хеліксу (підкласи В-форми), тому мають інший крок, змінені параметри нахилу пар основ по відношенню до головної вісі хеліксу, інші варіанти борозенок. Наприклад, існують А-форми ДНК з ширшою великою борозенкою, що, скоріше, нагадує таку у В-формі.

С-ДНК – може бути отримана за достатньо низької вологості (менше 65%) оточуючого нитку середовища. Вона є більш закрученою, ніж В-форма, має 9,3 пар основ на виток. За будовою та параметрами є ближчою саме до В-форми, ніж до А-ДНК.

D-ДНК – є можливою далеко не для всіх видів послідовностей ДНК, була спостережена у нитках ДНК зі складом ланцюгів, де пурини та піримідини чергуються між собою - poly(dA-dT)•poly(dA-dT) або poly(dI-dT)•poly(dI-dT), де І означає інозит (мінорна основа 8-оксипурин, яка дуже нечасто зустрічається у складі ДНК).

Структура такого полімеру до сих пір точно не визначена – одні вчені стверджують, що він є лівозакрученим та має 7 або 8 пар основ на повний виток, інші вказують на правозакрученість та 8 пар основ на виток. Структурні параметри у таблицях на слайдах 24 та 26 представлені саме для правозакрученої форми D-ДНК.

Варто відмітити, що була знайдена можливість структурного переходу з В- на D-ДНК та навпаки у кристалінних нитках шляхом кристалографічних досліджень з використанням синхротронів з високою роздільною здатністю. Було показане поступове зростання хеліксного кроку з 24 А до 34 А, причому напрямок закрученості не змінився, тому існування лівозакрученої форми D-ДНК було відкинуте, як малоймовірне.

Z-ДНК – є виключно лівозакрученою структурою, що було вперше показано Арноттом у 1980 році. Може існувати лише у послідовностях з чергуванням poly(dC-dG)•poly(dC-dG) і формується за умови високої йонної сили середовища (більше 2,5М NaCl). Така форма ДНК має динуклеотидний повтор (слайд 28), який відрізняється від інших форм ДНК, причому параметри гуанілових нуклеотидів мають відмінності від конформації цитидилових. Кожна динуклеотидна одиниця (тобто, дві сусідні пари основ) має довжину 7,25 А, тому хеліксний підйом у цьому випадку складає 3,63 А (слайд 29).

Основна різниця між трьома найважливішими формами ДНК представлена у таблиці на слайді 30.

Варіанти зігнутості днк

Як правило, для спрощення вважається, що ДНК є прямою молекулою, що постулювалося ще у моделі Уотсона-Крика, оскільки для визначення структури використовувалися саме прямі витягнуті нитки. Насправді, ДНК має згини та перекручення, що потрібно, в першу чергу, для компактизації або взаємодії з білками та іншими молекулами.

Найрозповсюдженіший з виявлених згинів молекули відрізняється від лінійності на 19-20⁰. Особливо часто зустрічаються згини ДНК у складі нуклеосоми, одначе існують послідовності, які згинають молекули НК незалежно від присутності білка. Найвідомішими з таких послідовностей є ділянки збагачені аденіном та тиміном, причому один ланцюг має в основному лише аденілові нуклеотиди у своєму складі, а інший – тимідилові відповідно. Тому такі регіони ДНК називаються А/Т-трактами або просто А-шляхами.

У дослідженнях ДНК з кінетопластів була виявлена велика кількість повторів А-шляхів по 5-7 пар основ у кожному. Як правило, найбільші згини виявлялися тоді, колі послідовність 5’-АААААА за частотою точно співпадала з хеліксним повтором, тобто, зустрічалась через кожні 10 або 11 пар основ. На таких ділянках подвійний хелікс згинався на 17-21⁰. На слайді 29 зверху преставлена типова послідовність А-шляху.

Такий феномен згинання ДНК можна пояснити за допомогою двох підходів:

1. За допомогою методики затримки молекул ДНК у гелі та на основі даних ЯМР постулюється, що такі згини відбуваються лише у бік малої борозенки ДНК, що супроводжується стисканням та закриттям останньої. Згин відбувається через негативний кут нахилу ділянки з А-Т парами всередині А-шляху. Така модель називається «злиттям» і постулює, що згин формується через раптові зміни у структурі молекули саме на ділянці, де А-шлях переходить у звичайну В-ДНК – утворюється дві вісі, які нахилені одна по відношенню до одної на певний кут (слайд 29а). Як видно з рисунку, сам А-шлях не згинається.

2. Друга модель, так звана модель «клину», має у своїй основі якраз згин безпосередньо у регіоні А-шляху (слайд 29b). Такі зміни структури викликані невеликим порушенням ступеню обертання хеліксу біля кожного з його динуклеотидних одиниць – така модель добре описує особливо подовжені ділянки згинів – наприклад, навколо пістонів у нуклеосомах.

На слайді 29 у таблиці представлені варіанти послідовностей, які здатні згинати подвійний хелікс ДНК. Дані були отримані з кристалів та ЯМР.

Таким чином, виявлений поліморфізм вторинної структури ДНК у полімерних нитках може слугувати індикатором гнучкості самої молекули, яка пояснюється широкою різноманітністю конформаційних варіантів фосфатного кістяка, основ та цукрів у складі ДНК, а також гнучкістю пар основ. Це призводить до існування структурно-різних, але енергетично-еквівалентних форм ДНК, які є важливими для функціонування та біологічної активності останньої.