СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ЧЕТЫРЕХЦЕПОЧЕЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ИЗ D(GT)n-ПОВТОРОВ

Борисова О. Ф., Щелкина А. К., Харитонов В. А., Мамаева О. К., Лысов Ю. П., Позмогова Г. Е., Тимофеев Э. Н., Лившиц М. А., Флорентьев В. Л.
Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН, Москва
Новые структуры, образуемые повторяющимися d(GT)n-последовательностями, представляют интерес в связи с их предполагаемой функциональной ролью в теломерных, иммуноглобулиновых и других регуляторных областях генома. Для изучения внутри- и межмолекулярных комплексов, образуемых d(GT)n - повторами в физиологических растворах, были использованы методы УФ-плавления и кругового дихроизма (КД), а также специально разработанные флуоресцентные методы измерения гидродинамического объема, доли неспаренных нуклеотидов и количества интеркалированных флуорофоров бромистого этидия (EtBr) и акридинового оранжевого (AO). Взаимная ориентация двух цепей из d(GT)5-олигонуклеотидов задавалась их ковалентным связыванием через ненуклеотидный окси- (L1=pO(CH2CH2O)3p) или гексаметиленовый (L2= pO(CH2)6p) линкер: 3'-d(GT)5-L1-d(GT)5-3' (I); 3'-d(GT)5-L2-d(GT)5-3' (II); 3'-d(GT)5-L2-d(GT)5-5' (III). Впервые установлено, что в физиологических растворах в области температур 2?t?20oC олигонуклеотиды I - III образуют межмолекулярные четырехцепочечные спирали с параллельной ориентацией цепей (парGT), удерживаемые гуаниновыми квартетами, которые чередуются с неспаренными тиминовыми основаниями. Методом поляризованной флуоресценции показано, что в случае I или II в образовании парGT комплекса участвуют две молекулы, а в случае III - четыре молекулы. С использованием методов КД и УФ-плавления рассчитаны энергетические параметры парGT: DH=6±0,5 ккал/моль, DS=14±1 э.е. в расчете на моль гуаниновых квартетов. Ионы металлов стабилизируют парGT-квадруплекс в следующем порядке Mg2+>Na+@K+. Установлено свойство парGT-комплексов растягиваться в два раза за счет интеркаляторов EtBr и AO, что существенно отличает их от известных четырехцепочечных комплексов G4-ДНК. Проведенный компьютерный анализ выявил уникальный конформационный полиморфизм этих структур за счет способности тиминовых оснований интеркалировать между гуаниновыми слоями или выворачиваться наружу. Рассматривается роль таких структур в регуляторных процессах. Авторы благодарят РФФИ за финансовую поддержку исследований.