Z-ДНК

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Структура Z-ДНК

'Z-ДНК' - одна з багатьох можливих структур подвійної спіралі ДНК, являє собою левозакрученной подвійну спіраль (на відміну від правозакрученной, як найбільш поширена форма В-ДНК[en]). Z-ДНК є однією з трьох біологічно активних подвійних спіральних структур ДНК, поряд з А-ДНК і В-ДНК, хоча точні її функції до справжнього моменту не визначені [1].

Історія вивчення[ред.ред. код]

Лівозакручена ДНК вперше була відкрита Робертом Уеллсом і колегами при вивченні полімеру, утвореного повторами дезоксинозин - дезоксицитидін [2]. Вони спостерігали «зворотний» круговий дихроізм[en] в таких ДНК, з чого зробили вірний висновок, що її ланцюги обвивають один одного в напрямку наліво. Згодом була опублікована кристалічна структура Z-ДНК, де в ході рентгеноструктурного аналізу з'ясувалося, що вона є першим однокрісталлічним фрагментом ДНК ( самокомплементарний гексамер ДНК d(CG)3). Було встановлено, що Z-ДНК являє собою лівозакручену подвійну спіраль ДНК з двох антипаралельних ланцюгів, з'єднаних зв'язками між парами азотистих основ. Ці роботи були проведені Ендрю Уонгом (англ. Andrew Wang), Олександром Річем (англ. Alexander Rich) та їх співробітниками в Массачусетському технологічному інституті [3].

У 1970 році було показано, що найбільш поширена B-форма ДНК може переходити в Z-форму. В цьому експерименті було продемонстровано, що круговий дихроізм полімеру (dG-dC) в ультрафіолетових променях в розчині 4М NaCl змінювався на строго протилежний [4]. Те, що при цьому переході В-форма перейшла в Z-форму, було підтверджено результатами рамановскої спектроскопії [5]. Кристалізація сполуки В- і Z-ДНК, проведена в 2005 у [6], дала краще розуміння потенційної ролі, яку Z-ДНК грає в клітці. Скрізь, де є сегменти форм Z-ДНК, повинні бути також В-Z-з'єднання на їх кінцях, що зв'язують Z-форму з B-формою, що зустрічається в усьому іншому геномі.

В 2007у була описана РНК - версія Z-ДНК як трансформована форма подвійний правозакрученной спіралі A-РНК в лівозакрученій спіралі [7]. Перехід від А-РНК в Z-РНК, тим не менше, був описаний ще у 1984 [8].

Структура[ред.ред. код]

З'єднання B- і Z-ДНК. Зверніть увагу на дві витіснених основи, помічених яскравим кольором

Z-ДНК значно відрізняється від правозакрученних форм. Z-ДНК - левозакрученна і має первинну структуру, повторювану через кожні 2 пари основ. На один поворот спіралі доводиться 12 пар основ. На відміну від А- і В-ДНК, в Z-ДНК велика борозенка слабо помітна, мала борозенка вузька і глибока. Взагалі, структура Z-ДНК енергетично невигідна, хоча деякі умови можуть активізувати її формування, як то: пуриново -пиримидинові послідовності (особливо полі (dGC)2) що чергуються, негативна сверхспіралізація ДНК, високий вміст солей і деякі катіони (всі при фізіологічній температурі - 37 ° C і pH 7,3-7,4). Z-ДНК може з'єднуватися з B-ДНК в структуру, що приводить до витіснення пар основ (см. Рис.) [9].

C2'-ендо-та C3'-ендоконформаціі цукрів

Ще однією особливістю Z-ДНК є чергування конформацій нуклеотидових залишків. Дезоксіцітідін знаходиться в стандартній конформації: цукор в С2'-ендоконформаціі (див. малюнок), а Азотисті основи - в анти-конформації (тобто основа повернена в сторону, протилежну гідроксильної групи при п'ятому атомі вуглець а; в такому становищі перебувають підстави в полинуклеотидному ланцюгу [10]). У дезоксигуанозину цукор знаходиться в С3'-ендоконформаціі, а основа має вкрай нетипову сін- конформацію [11].

Стекінг заснований в Z-ДНК володіє новими, властивими лише цій формі характеристиками. Так, стекінгові взаємодії є тільки між залишками цитозину протилежних ланцюгів, а залишки гуаніну взагалі не взаємодіють один з одним [1].

Фосфати в Z-ДНК не еквівалетні один одному і віддалені на різні відстані від осі спіралі; для гуанінових нуклеотидів ця відстань дорівнює 0,62 нм, а для цитозинових - 0,76 нм. При цьому сусідні цукри «дивляться» в протилежні сторони, і через це лінія, що послідовно з'єднує атоми фосфору в ланцюги, стає зиґзаґоподібною (звідси назва - Z-ДНК) [1] .

Структура Z-ДНК складна для вивчення, тому що вона практично не існує в стабільній формі подвійної спіралі. Навпаки, лівозакручена спіраль Z-ДНК є тимчасовою структурою, що з'являється в результаті біологічної активності і швидко зникає [12].

Осі спіралі A-, B- і Z-ДНК. Конформації цукрів і основ вказані для Z-ДНК

Перехід з В-ДНК в Z-ДНК[ред.ред. код]

Як вже говорилося, В- і Z-форми здатні переходити одна в одну. Це відбувається при зміні іонної сили розчину або концентрації катіонів, що нейтралізують негативний заряд фосфодіефірного каркаса. При цьому для переходу немає необхідності для розходження ланцюгів, він ініціюється розривом водневих зв'язків у кількох пар основ, після чого гуанін фіксується в сін-конформації, водневі зв'язки відновлюються, і основи знову утворюють уотсон-кріковські пари. Область переходу рухається по спіралі у вигляді петлі [1].  

Пророкування структури Z-ДНК[ред.ред. код]

На даний момент можливо передбачити правдоподібну послідовність ДНК, що знаходиться у формі Z-ДНК. Алгоритм для передбачення схильності ДНК перебудовуватися з В-форми в Z-форму, ZHunt, був написаний в 1984 році доктором P.Shing Ho з Массачусеткого технологічного інституту [13]. Пізніше цей алгоритм був розвинений Трейсі Кемп і колегами для визначення місць утворення Z-ДНК у всьому геномі [14].

Алгоритм ZHunt доступний за посиланням Z-Hunt online.

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б в г конич, Севастьянова , 2012, С. 93
  2. Mitsui et al. Physical and enzymatic studies on poly d (IC) -poly d (IC), an unusual double-helical DNA // Nature (London), 228 (1970) (5277) С. 1166-1169.
  3. Wang AHJ, Quigley GJ, Kolpak FJ, Crawford JL, van Boom JH, Van der Marel G, Rich A Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution // Nature (London), 282 (1979) (5740) С. 680-686. — Bibcode:1979Natur.282..680W. — DOI:10.1038 / 282680a0. — PMID:514347.
  4. Pohl FM, Jovin TM Salt-induced co- operative conformational change of a synthetic DNA: equilibrium and kinetic studies with poly (dG-dC) // J. Mol. Biol., 67 (1972) С. 375-396. — DOI:10.1016 / 0022-2836 (72) 90457-3. — PMID:5045303.
  5. Thamann TJ, Lord RC, Wang AHJ, Rich A High salt form of poly (dG-dC) • poly (dG-dC) is left handed Z-DNA: raman spectra of crystals and solutions // Nucl. Acids Res., 9 (1981) С. 5443-5457. — DOI:10.1093 / nar / 9.20.5443. — PMID:7301594.
  6. Ha SC, Lowenhaupt K, Rich A, Kim YG, Kim KK Crystal structure of a junction between B-DNA and Z-DNA reveals two extruded bases // Nature, 437 (2005) (7062) С. 1183-1186. — Bibcode:2005Natur.437.1183H. — DOI:10.1038 / nature04088. — PMID:16237447.
  7. Placido D, Brown BA 2nd, Lowenhaupt K, Rich A, Athanasiadis A A left-handed RNA double helix bound by the Zalpha domain of the RNA-editing enzyme ADAR1 // Structure, 15 (2007) (4) С. 395-404. — DOI:10.1016 / j.str.2007.03.001. — PMID:17437712.
  8. Hall K, Cruz P, Tinoco I Jr, Jovin TM, van de Sande JH 'Z-RNA' - a left-handed RNA double helix // Nature, 311 (October 1984) (5986) С. 584-586. — Bibcode:1984Natur.311..584H. — DOI:10.1038 / 311584a0. — PMID:6482970.
  9. de Rosa M, de Sanctis D, Rosario AL, Archer M, Rich A, Athanasiadis A, Carrondo MA Crystal structure of a junction between two Z-DNA helices // Proc Natl Acad Sci USA, 107 (2010-05-18) (20) С. 9088-9092. — Bibcode:2010PNAS..107.9088D. — DOI:10.1073 / pnas.1003182107. — PMID:20439751.
  10. конич, Севастьянова , 2012, С. 82
  11. конич, Севастьянова , 2012, С. 92
  12. Zhang H, Yu H, Ren J, Qu X [http: //www.biophysj.org/cgi/content/full/90/9/3203 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 (2006) (9) С. 3203-3207. — Bibcode:.... 90.3203Z 2006BpJ .... 90.3203Z. — DOI:10.1529 / biophysj.105.078402. — PMID:16473901.
  13. Ho PS, Ellison MJ, Quigley GJ, Rich A A computer aided thermodynamic approach for predicting the formation of Z-DNA in naturally occurring sequences // EMBO Journal, 5 (1986) (10) С. 2737-2744. — PMID:3780676.
  14. Champ PC, Maurice S, Vargason JM, Camp T, Ho PS [http: //nar.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup? view = long & pmid = 15598822 Distributions of Z-DNA and nuclear factor I in human chromosome 22: a model for coupled transcriptional regulation] // Nucleic Acids Res., 32 (2004) (22) С. 6501-6510. — DOI:10.1093 / nar / gkh988. — PMID:15598822.