ФОСФОЛИПИД-НУКЛЕИНОВОЕ УЗНАВАНИЕ. ИОНЫ МЕТАЛЛОВ (II) МОДУЛИРУЮТ ПАРАМЕТРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ДУПЛЕКСОМ ПОЛИ А:ПОЛИ У И ФОСФАТИДИЛХОЛИНОВЫМИ ВЕЗИКУЛАМИ: ТУРБИДИМЕТРИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Дябина О. С., Кувичкин В. В., Маурелли Э., Този Ж., Бруни П., Жданов Р. И.
НИИ биомедицинской химии РАМН, 119832 Москва; *Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино; **Университет г. Анкона, Анкона, Италия 6001
Постулировано существование
фосфолипид-нуклеинового узнавания (рекогниции), т.е. зависимости
взаимодействия нуклеиновых кислот (НК) и фосфолипидов от последовательности
оснований в НК, природы полярной группы фосфолипидов и наличия
в системе ионов металлов (Zhdanov, Kaptein, 1994). В данной работе
изучено взаимодействие монобислойных фосфатидилхолиновых (ФХ)
везикул (0,2 mM) с дуплексом полиадениловая кислота:полиуридиловая
кислота (0,05 mM) в присутствии 5mM катионов металлов (П) методами
турбидиметрии и электронной микроскопии. Образование "тройных"
комплексов не наблюдалось в системах ФХ-ион одновалентного металла,
ФХ-мононуклеотид (рА или рU)-ион двухвалентного металла, равно
как и ФХ-полиА (в концентрациях до 0,2 mM)-ион металла (П). Рассчитывался
параметр α (D550/Do550), характеризующий
относительное увеличение размеров фосфолипид-нуклеиновых агрегатов
через 5 минут после добавления к смеси ФХ-везикул и поли А:поли
У двухвалентных металлов. Получены следующие значения параметра
α для
двенадцати катионов: Mg (19,79), Ca (17,90), Mn (17,46), Fe (100,41),
Co (9,02), Ni (13,42), Cu (86,80), Zn (10,01), Sr (3,15), Cd (3,92),
Ba (2,52), Pb (33,20). Значения параметра в этом ряду уменьшаются
с увеличением порядкового номера металла в периодической системе.
Аномально высокие значения параметра для ионов Fe, Cu, Pb обусловлены
тем, что эти ионы активно взаимодействуют с ФХ-везикулами даже
без НК. Интересно отметить, что в присутствии комплексона ЭДТА
(5 mM) значения параметра существенно отличаются от единицы лишь
в случае физиологических катионов: Mg (16,16), Ca (15,60), Mn
(12,0) и Fe (7,10). Это может означать, что лишь физиологические
катионы образуют с ФХ-везикулами и дуплексом поли А:поли У комплексы,
стабильные в используемых условиях. Следует отметить, что с увеличением
ионного радиуса металла (П) во второй группе периодической системы
\Mg (0,65 Ǻ), -Ca
(0,99 Е), -Sr
(1,13 Е), -Ba
(1,35 Е)\
уменьшается значение его окислительно-восстановительного коэффициента
(Ео = -2,37; -2,76; -2,89; -2,90
eV, соответственно), а также значения параметра α
и величины относительной
скорости первой стадии комплексообразования/агрегации. Изменение
мутности смеси ФХ-везикул и поли А:поли У после добавления ионов
металла (II) происходит в два этапа: быструю и медленную стадии.
Величина параметра α (а
значит и размер образующихся агрегатов) зависит от концентрации
иона металла. Так, при концентрации ионов металла 0,5 мМ величины
этого параметра равны для ионов магния, меди (II) и цинка 1,97;
34,40; и 1,76, соответственно, а при концентрации 10 mM - 25,67;
88,71 и 17,45, соответственно. Размеры нативных липосом, оцененные
методом электронной микроскопии в модификации замораживание-скалывание,
составляли 70-90 нм. Таким образом, параметры взаимодействия д.ц.
нуклеиновых кислот и монобислойных фосфолипидных везикул зависят
от природы иона металла и могут быть оценены количественно спектральными
методами. Приведенные результаты можно рассматривать как аргумент
в пользу существования фосфолипид-нуклеиновой рекогниции.