Конформационные переходы в кольцевых ДНК: взаимное влияние
Взаимное влияние конформационных переходов в кольцевых ДНК - влияние происходящих под действием отрицательной сверхспирализации переходов друг на друга. Причина этого влияния состоит в том, что любой из таких переходов уменьшает напряжение сверхспирализации в ДНК, являющееся причиной этого перехода. Такая обратная связь оказывается тем сильнее, чем меньше полная длина ДНК. Взаимное влияние различных переходов может приводить к немонотонной зависимости вероятности образования тех или иных структур от плотности сверхвитков .
Подобная система была исследована экспериментально ( Ellison M.J. ea, 1987 ). Авторы сконструировали плазмиду, содержащую вставки d(CG)8 и d(CA)60 . По мере увеличения отрицательной сверхспирализации сначала происходил переход в Z-форму первой из этих вставок. Затем Z-форма образовывалась во второй, большой вставке, что приводило к резкому уменьшению напряжения сверхспирализации. При этом в первой вставке наблюдался обратный Z-B переход. При дальнейшем увеличении сверхспирализации эта вставка вновь переходила в Z-форму.
Другой выразительный пример взаимного влияния переходов дают переходы в плазмиде, исследованной экспериментально в работе ( Kelleher R.J.(III) ea, 1986 ). Эта плазмида содержала две вставки d(CG)12, удаленные друг от друга и находящиеся в одинаковом окружении. При увеличении отрицательной сверхспирализации в этой ДНК наблюдались два кооперативных перехода , отвечающие конформационным изменениям в одной и другой вставке (смотри Рис. Взаимное влияние конформационных переходов ). Идентичность вставок не позволяет сказать, какая из них переходит в Z-форму раньше, а какая позже, но переход в одной вызывает уменьшение напряжения сверхспирализации и задерживает образование Z-ДНК в другой вставке. Подобное поведение принципиально невозможно в линейной ДНК, где эти две перестройки будут происходить независимо и одновременно.
Конкуренция между двумя различными структурами возможна и в пределах одного и того же участка. Среди последовательностей с регулярным чередованием пуринов и пиримидинов , сравнительно легко переходящих в Z-форму, могут быть и палиндромные , способные образовывать крестообразные структуры . К последовательностям такого типа относятся d(AT)n, d(CG)n, d(CATG)n и т.д. Равновесие между B- , Z- и крестообразной формой таких участков зависит от их последовательности и длины и, хотя в меньшей степени, от длины всей ДНК. Это равновесие можно представить в виде диаграмм состояний ( Anshelevich V.V. ea, 1988 ), изображенных на Рис. Диаграммы состояний палиндромных вставок ; эти диаграммы были рассчитаны теоретически. Как видно из рисунка, для коротких участков при всех значениях плотности сверхвитков устойчивыми являются лишь B- и Z- конформации. Однако при достаточной длине участка в определенном интервале сигма наиболее стабильными оказываются крестообразные структуры. Для участков этих длин по мере увеличения отрицательной сверхспирализации можно наблюдать два конформационных перехода, B-форма-крест и крест-Z- форма. Такой характер этих диаграмм связан с различиями параметров для образования Z-ДНК и крестообразных структур. До сих пор ни для одной из последовательностей не наблюдалось на опыте более одного перехода, хотя такое наблюдение возможно, как следует из Рис. Диаграммы состояний палиндромных вставок .
