Cполучення Холідея

Як відомо, процес гомологічної генетичної рекомбінації у своій основі має явище кросинговеру, тобто перехрещення ланцюгів з двох послідовностей ДНК гомологічних хромосом. Центральною проміжною структурою у даному процесі є розгалужений Х-подібний утвір з чотирьох поєднаних у центрі ланцюгів, який називається сполученням Холідея (слайд 18). Після утворення даної структури кожен з ланцюгів являє собою антипаралельну спарену ділянку – «руку» сполучення.

У ході визначення трьохвимірної будови даної структури було запропоновано саме Х-подібне розташування ланцюгів, які є майже паралельними один до одного, з перехрещенням лише безпосередньо у місці контакту між собою.

Кристалічну структуру сполучення Холідея було отримано майже одночасно у двох лабораторіях і було виявлено, що вона являє собою дві короткі, дуже схожі декамерні послідовності (таблиця на слайді 18). Перша з них була отримана Ортіз-Ломбардіа зі співробітниками у 1999 році (слайд 18 зверху), інша у двох варіантах була виявлена Ейхманом у 2000 році (слайд 18 нижче), обидві з зазначених послідовностей мали неправильні пари Г-А у своєму складі.

Всі три структури, які відповідають даним послідовностям, складаються з двох пар «рук» сполучення, які накладені одна на одну та формують два подовжених антипаралельних дуплекси, що мають конформацію В-ДНК (слайд 19), причому неспарені ділянки відсутні.

Саме сполучення формується за рахунок зміни конформації кістяку ДНК, особливо, у районі двох цитозинових нуклеотидів у 7 положенні на двох внутрішніх ланцюгах. Всі «руки» сполучення є право закрученими, кут між двома сусідніми «руками» на одній стороні складає менше 40⁰. В самій середині перехрестя знаходиться послідовність 5’-АСС, яка вважається важливою для його стабілізації.

Оскільки особлива наближеність фосфатних груп одна до одної у даній структурі потребує компенсуючого катіонного заряду, тому обов’язковою є наявність йону натрію всередині сполучення, який з’єднує координаційно два атоми кисню у положенні 6 протилежних аденінових нуклеотидів. У якості стабілізуючого йону може виступати також кальцій або стронцій, як показано Торпе у 2003 році.

Cтруктура днк-ензимів

У 1994 році Брекером та Джойсом було показано, що певні послідовності ДНК можуть діяти in vitro у якості ензимів, тобто здійснювати ферментативний каталіз, наприклад, розщеплювати фосфодиефірні зв’язки. Такі послідовності відповідають структурам, що мають певне відношення до сполучень ДНК, розглянутих нами раніше, але є складнішими за будовою.

Прикладом подібної структури може слугувати залишок «10-23», що здатен каталізувати розщеплення послідовностей РНК. Він був кристалізований разом з інактивованим РНК-субстратом Новаковські у 1999 році. Така структура являла собою гібридний димер ДНК:РНК з двома РНК- та двома ДНК-ланцюгами, що сформували п’ять подвійно-хеліксних регіонів (слайд 20 зправа). Подібне сполучення утворюється взаємодією гексануклеотидної петлі з трьома стволовими регіонами, причому, як і у сполученні Холідея, всі основи мають пари та знаходяться у стекінгу.

Всі подібні ДНК-ензими мають сполучення у вигляді Х-форми та за структурою нагадують скоріше А-ДНК, можливо, через присутність РНК. Існує також комплекс зі 108 нуклеотидів, також відкритий Новаковські, такий комплекс має Х-подібну будову, але лівозакручені дуплекси (слайд 20 зліва).