Selhoz-katalog.ru

Сельхоз каталог

Z-ДНК

Перейти к: навигация, поиск
Структура Z-ДНК

Z-ДНК — одна из многих возможных структур двойной спирали ДНК. Она представляет собой левозакрученную двойную спиральную структуру, зигзагообразно изгибающуюся влево (в отличие от правозакрученной, как наиболее распространённая форма В-ДНК). Z-ДНК предположительно является одной из трёх биологически активных двойных спиральных структур ДНК, наряду с А-ДНК и В-ДНК.

История

Левозакрученная ДНК впервые была открыта Робертом Уэллсом и коллегами во время изучения образованного повторениями полимера инозин-цитозина[1]. Они наблюдали «обратный» круговой дихроизм в таких ДНК, из чего сделали верный вывод, что её цепи обвивают друг друга в направлении налево. Впоследствии была опубликована кристаллическая структура Z-ДНК, где в ходе рентгеноструктурного анализа выяснилось, что она является первым однокристаллическим фрагментом ДНК (самокомплементарный гексамер ДНК d(CG)3). Было установлено, что Z-ДНК представляет собой левозакрученную двойную спираль ДНК из двух антипараллельных цепей, соединённых связями между парами азотистых оснований. Эти работы провели Эндрю Уонг (англ. Andrew Wang), Александром Ричем (англ. Alexander Rich) и их сотрудниками в Массачусетском технологическом институте[2]. Кристаллизация соединения В- и Z-ДНК, проведённая в 2005 году[3], дало лучшее понимание потенциальной роли, которую Z-ДНК играет в клетке. Везде, где есть сегменты форм Z-ДНК, должны быть также В-Z-соединения на их концах, связывая Z-форму с B-формой, встречающейся во всём остальном геноме.

В 2007 году была описана РНК-версия Z-ДНК как трансформированная форма двойной правозакрученной спирали A-РНК в левозакрученную спираль[4]. Переход от А-РНК в Z-РНК, тем не менее, был описан уже в 1984 году[5].

Структура

Объединения B- и Z-ДНК. Обратите внимание на два вытесненных основания, помеченных ярким цветом.

Z-ДНК сильно отличается от правозакрученных форм. Действительно, Z-ДНК часто противопоставляется В-ДНК, чтобы показать главные отличия. Z-ДНК — левозакрученная и имеет структуру, повторяющуюся через каждые 2 пары оснований. Большие и малые борозды, в отличие от А- и В-ДНК, мало различаются по ширине. В общем, её структура невыгодна, хотя некоторые условия могут активизировать её, как то: чередующиеся пуриново-пиримидиновые последовательности (особенно поли(dGC)2), негативная сверхспирализация ДНК, высокое содержание солей и некоторые катионы (все при физиологической температуре, 37°C, и pH 7,3—7,4). Z-ДНК может соединяться с B-ДНК в структуру, порождающую вытеснение пар оснований[6]. Структура Z-ДНК сложна для изучения, потому что она не существует в стабильной форме двойной спирали. Напротив, она является временной структурой, появляющейся в результате биологической активности и быстро исчезающей[7].

Предсказание структуры Z-ДНК

Представляется возможным предсказать правдоподобную последовательность ДНК, входящей в структуру Z-ДНК. Алгоритм для предсказания склонности ДНК перестраиваться из В-формы в Z-форму, ZHunt, был написан в 1984 году д-ром P. Shing Ho из Массачусеткого технологического института[8]. Позже этот алгоритм был развит Трейси Кэмп (англ. Tracy Camp), P. Christoph Champ, Sandor Maurice и Jeffrey M. Vargason для составления схемы Z-ДНК (с P. Shing Ho как главным исследователем)[9].

Алгоритм ZHunt доступен по ссылке Z-Hunt online.

Биологическое значение

Пока никаких чётких биологических функций у Z-ДНК не определено, но предполагается, что она обеспечивает сверхспирализацию ДНК во время транскрипции[3][10]. Потенциал к образованию Z-форм также обнаруживается на участках, задействованных в активной транскрипции. Сравнение участков с высокой зависимостью от последовательностей показало склонность к образованию Z-ДНК у транскрибируемых генов 22-й хромосомы человека, что позволяет предположить некоторую связь этих событий[9].

Z-ДНК образуется после начала транскрипции. Первой участок, связывающийся с Z-ДНК и имеющий к ней большое сродство, был обнаружен в ADAR1 с помощью метода, предложенного Аланом Гербертом (англ. Alan Herbert)[11][12]. Кристаллографические исследования и исследования, проведённые методом ядерного магнитного резонанса, подтвердили, что этот участок связывает Z-ДНК вне зависимости от последовательности[13][14][15]. Схожие участки были обнаружены в некоторых других белках на основании гомологии последовательностей[12]. Идентификация Z-альфа участка легла в основу характеризации Z-РНК и объединения B- и Z-ДНК. Биологические исследования показали, что участок ADAR1, связывающий Z-ДНК, позволяет этому ферменту изменять последовательность новообразованной РНК так, чтобы она подошла для центров активной транскрипции[16][17].

В 2003 году биофизик Александр Рич из Массачусетского технологического института заметил, что фактор вирулентности поксвируса, называемый E3L, имеет Z-альфа-родственный участок, схожий с белком млекопитающих, связывающим Z-ДНК[18][19]. В 2005 году Рич и коллеги выяснили, что E3L делает для поксвируса. Во время экспрессии генов в хозяйской клетке E3L вызывает повышение транскрипции от 5 до 10 раз в нескольких генах, блокирующих способность клеток к саморазрушению (апоптозу) как к защитной реакции против инфекции.

Рич предположил, что Z-ДНК необходима для транскрипции и E3L стабилизирует Z-ДНК, таким образом увеличивая экспрессию антиапоптических генов. Он также выдвинул идею, что маленькая молекула может связаться с E3L и помешать его соединению с Z-ДНК и в итоге помешать экспрессии этих генов, а значит, защитить людей от оспы, вызываемой поксвирусами.

Сравнение геометрических параметров некоторых форм ДНК

Геометрический параметр A-форма B-форма Z-форма
Направление правозакрученная правозакрученная левозакрученная
Единица повтора 1 пара оснований (п.о.) 1 п.о. 2 п.о.
Оборот (в градусах) 32,7° 35,9° 60°/2
Изгиб 11 п.о. 10,5 п.о. 12 п.о.
Расположение п.о.
относительно оси		 +19° −1.2° −9°
Подъём вдоль оси 2,3 Å (0,23 нм) 3,32 Å (0,332 нм) 3,8 Å (0,38 нм)
Наклон 28,2 Å (2,82 нм) 33,2 Å (3,32 нм) 45,6 Å (4,56 нм)
Скрученность +18° +16° 0°
Гликозиловый угол anti anti C: anti,
G: syn
Изгиб сахара C3'-внутрь C2'-внутрь C: C2'-endo,
G: C3'-внутрь
Диаметр 23 Å (2,3 нм) 20 Å (2,0 нм) 18 Å (1,8 нм)
Источники:[20][21][22]
Общий вид А-, В- и Z-ДНК.
Оси спирали A-, B- и Z-ДНК.

Примечания

  1. ↑ Mitsui et al. (1970). «Physical and enzymatic studies on poly d(I-C)-poly d(I-C), an unusual double-helical DNA». Nature (London) 228 (5277): 1166–1169.
  2. 10.1038/282680a0. 1979Natur.282..680W.
  3. ↑ 10.1038/nature04088. 2005Natur.437.1183H.
  4. 10.1016/j.str.2007.03.001. PMID 17437712.
  5. 10.1038/311584a0. 1984Natur.311..584H.
  6. 10.1073/pnas.1003182107. 2010PNAS..107.9088D.
  7. Reversible B/Z-DNA transition under the low salt condition and non-B-form polydApolydT selectivity by a cubane-like europium-L-aspartic acid complex». Biophysical Journal 90 (9): 3203–3207. 10.1529/biophysj.105.078402. 2006BpJ....90.3203Z.
  8. PMID 3780676.
  9. ↑ Distributions of Z-DNA and nuclear factor I in human chromosome 22: a model for coupled transcriptional regulation». Nucleic Acids Res. 32 (22): 6501–6510. 10.1093/nar/gkh988. PMID 15598822.
  10. 10.1038/nrg1115. PMID 12838348.
  11. 10.1093/nar/21.11.2669. PMID 8332463.
  12. ↑ 10.1073/pnas.94.16.8421. 1997PNAS...94.8421H.
  13. 10.1093/nar/26.15.3486. PMID 9671809.
  14. 10.1126/science.284.5421.1841. PMID 10364558.
  15. 10.1073/pnas.96.22.12465. 1999PNAS...9612465S.
  16. 10.1073/pnas.211419898. 2001PNAS...9812132H.
  17. Scientists observe biological activities of 'left-handed' DNA. MIT News Office (11 сентября 1999). Проверено 29 сентября 2008. Архивировано из первоисточника 17 февраля 2013.
  18. 10.1073/pnas.0431131100. 2003PNAS..100.6974K.
  19. 10.1073/pnas.0308260100. 2004PNAS..101.1514K.
  20. ↑ Sinden Richard R DNA structure and function. — 1st. — Academic Press. — P. 398. — ISBN 0-126-45750-6
  21. 10.1146/annurev.bi.53.070184.004043. PMID 6383204.
  22. 10.1073/pnas.91.20.9549. 1994PNAS...91.9549H.

Z-ДНК.

© 2021–2023 selhoz-katalog.ru, Россия, Тула, ул. Октябр 53, +7 (4872) 93-16-24