омплексы с белками. Имму-нохимическим анализом в активном хроматине гепатоцитов обнаружены аполипопротеины, содержащие белки с молекулярной массой 28 и 14 кДа (Панин и др., 1992).

Определенное регуляторное значение имеет комплексо-образование ДНК по механизму интеркаляции, при котором плоские ароматические и полициклические молекулы встраиваются в двойную спираль между соседними парами оснований, что приводит к блокированию процесса транскрипции. Такой механизм лежит в основе связывания ДНК с профла-вином, акридином, бромистым этидием и некоторыми другими противоопухолевыми антибиотиками. Однако возможен и другой путь блокирования: выраженные кислотные свойства ДНК обеспечивают ей прочные межмолекулярные взаимодействия с полиаминами и щелочными пептидами. Например, олигопептидный антибиотик нетроксин, содержащий реакционноспособные аминогруппы и обладающий антивирусной и противоопухолевой активностью, селективно связывается с А—Т-парами оснований, располагаясь в малой канавке двойной спирали В-конформации ДНК. Рентгеноструктурный анализ обнаружил высокую степень электростатической комплементарности нетроксина с фосфатными группами спиральной ДНК (Wainer et al., 1982).

Hi

3.2. Межмолекулярные взаимодействия регуляторных пептидов и ДНК

Взаимодействия между белками и нуклеиновыми кислотами осуществляются на всех этапах репликации и экспрессии ДНК, а также в ходе многочисленных процессов клеточной саморегуляции.

Анализ строения полипептидного каркаса и его боковых групп показал, что существуют четыре потенциально возможных типа взаимодействий между пептидами и нуклеиновыми кислотами (Claud, 1971; Hippel, McGhee, 1972; Nucleic acid-protein recognition, 1977):

1) солевые связи между фосфатными и положительно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков (лизина, гуанидиновой группы аргинина и протонирован-ным остатком гистидина);

2) водородные связи между фосфатными группами, нуклеотидами, углеводными частями нуклеиновых кислот, про-тон-донорными и протон-акцепторными группами пептида;

3) стэкинг-взаимодействия между боковыми группами остатков ароматических аминокислот (триптофана, тирозина, фенилаланина, гистидина) и нуклеотидами по механизму, аналогичному интеркаляции;

4) гидрофобные взаимодействия 5-метил цитозина и тимина с неполярными боковыми группами пептидов.

Энергия представленных четырех типов взаимодействия уменьшается в том порядке, в котором они перечислены. Однако при рассмотрении таких систем необходимо учитывать, что все эти взаимодействия осуществляются в комплексе.

ДНК обладает высокой реакционной способностью взаимодействия с полипептидами и полиаминами. Большое внимание уделено изучению комплексообразования ДНК с протаминами. Эти пептиды располагаются на поверхности двойной спирали так, что положительные заряды соседних боковых групп смотрят в разные стороны и одновременно связываются с фосфатными группами обеих цепей двойной спирали ДНК (Зенгер, 1987). Было показано, что при таких взаимодействиях происходит ассоциация комплексов в надмолекулярные структуры, причем большое значение имеет распределение гидрофобных групп полипептида вдоль цепи. Подробные кристаллографические исследования структуры этих комплексов проводились с целью моделирования взаимодействия ДНК с гистонами.

142

Гистоны представляют собой эволюционно консервативные одноцепочечные пептиды щелочной природы, содержащие большое количество лизиновых и пролиновых остатков и выполняющие в хроматине структурные функции. ДНК, содержащая около 200 пар оснований, и окта-мер, состоящий из четырех типов гистонов (Н2А, Н2В, НЗ, Н4), образуют нуклеосому, которая является структурной единицей хроматина (McGhee, Felsenfeld, 1980). По форме нуклеосомы напоминают диски с диаметром 11 нм и толщиной 5.7 нм, расположенные на цепях ДНК «как птички на проводах». В среднем 146 пар оснований связаны в форме суперспирали блоком из восьми гистоновых молекул (коровая частица) и таким образом защищены от транскрипции. Между нуклеосомами находится 50—150 пар оснований (линкерная ДНК), доступных для транскрипции (Van Holde, 1988).

Все остальные полипептидные и белковые компоненты хроматина обычно называют негистоновыми белками. Их количество достигает 500, включает десятки ферментов, полимеразы, репрессоры, активаторы и 15—20 полипептидов, структура которых недостаточно изучена. Кроме того, из нуклеоплазмы выделены компоненты, участвующие в поддержании пространственной структуры хроматина, белки внутриядерной фибриллярно-гранулярной сети, в том числе актин, тропонин, тубулин, ДНК-релаксирующие белки и нуклеопорины.

Следует отметить большие методические трудности при изучении межмолекулярных взаимодействий ДНК с пептидами. Эти трудности связаны с известной диспропорцией в развитии методов изучения высокоочищенной ДНК и ее комплексов с пептидами. С одной стороны, крупная макромолекула ДНК легко может быть визуализирована, ориентирована в электрическом поле, расположена в желобке на стеклянной поверхности и разрезана в определенной точке нуклеазой. Все эти манипуляции проводятся под контролем атомно-силовой и туннельной микроскопии и напоминают молекулярную хирургию (Yuqiu et al., 1992). С другой стороны, разработка методов отделения полипептидов от ДНК при сохранении их нативности далека от завершения. Как правило, для разделения используют методы экстракции, комплексообразования с полиэтиленимином, фракционного осаждения и переосаждения полипептидов (Burgess, 1991). Пептиды, специфически связанные с ДНК, с большим трудом от нее отделяются и часто при этом быстро теряют свою

143

специфическую активность. Например, известно, что тканевый гомеостаз регулируется механизмом отрицательной обратной связи с участием кейлонов, которые вырабатываются в зрелых и дифференцированных клетках. Эти ткане-специфические ингибиторы клеточной пролиферации выделяются из препаратов ДНК фракционным спиртовым осаждением (Балаж, Блажек, 1982). Кейлоны, как и цитостатики, могли бы быть использованы в качестве антибластомных средств. Однако полученные препараты высокоочищенных кейлонов нестабильны, что затрудняет не только их медицинское использование, но и изучение в модельных системах (Романов и др., 1984).

В принципе процесс транскрипции может быть инициирован за счет снятия гистоновой блокировки (Dynlacht, 1997). Значительную роль в этом механизме играет убиквитин. Уже давно было замечено, что ядерный белок А24 состоит из двух полипептидов — гистона Н2А и убиквитина, которые связаны между собой ковалентной связью (Gold-knopt et al., 1980). Удаление гистона Н2А из нуклеосомы по механизму убиквитинизации (аналогично удалению мембранных рецепторов) и его транспорт к протеосомам являются первым этапом подготовки данного участка ДНК к транскрипции (Boarends, 1999).

Кроме собственно убиквитина в хроматине обнаружено целое семейство убиквитин-подобных регуляторных пептидов, которые контролируют конформацию ДНК на разных этапах транскрипции и, ингибируя топоизомеразу, предотвращают повреждение ДНК (Suzuk