Rycina 2. Skrajne konformacje wiązania glikozydowego i reszt cukrowych OV-endo oraz C.2'-i'julo.

helisy. Przyczyną znaczących różnic pomiędzy struktura­mi A-DNA oraz B-DNA jest różna konformacja reszt cukro­wych (Ryć. 2). W przypadku struktury A-DNA węgiel C-3' deoksyrybozy znajduje się poza płaszczyzną pierścienia furanozowego, przyjmując konformację C3'-endo (Typu N). Natomiast w dwuniciowym DNA o strukturze B-DNA poza płaszczyzną znajduje się atom węgla C2', tworząc konfor­mację C2'-endo (Typu S). Różnica w konformacji pierścienia furanozy w A-DNA i B-DNA prowadzi w konsekwencji do różnych odległości pomiędzy sąsiadującymi resztami fo­sforanowymi, które wynoszą odpowiednio 5.9 A w A-DNA oraz 7.0 A w B-DNA.

Helisa A-DNA jest bardziej zwarta i szersza w stosunku do B-DNA a pary zasad ulegają odchyleniu średnio o 20° od osi, natomiast zasady przesunięte są względem siebie średnio o 30-32°. W helisie typu A-DNA obserwuje się zanik małego rowka, ponieważ grupy fosforanowe wiążą znacz­nie mniej cząsteczek wody niż w helisie B-DNA. Badania rentgenostrukruralne A-DNA wykazały dużą różnorodność konformacyjną i strukturalną (rozmiary bruzd, nachylenie względem osi helisy, kąt przesunięcia zasad), zależną od sekwencji oraz długości badanych oligonukleotydów. Pyta­nie, czy istnieje możliwość równoczesnego występowania różnych form helikalnych in vivo stanowi jedno z bardziej istotnych zagadnień biologii molekularnej. Struktura A-DNA, podobnie jak kanoniczna struktura B-DNA, nie jest ograniczona ani uprzywilejowana sekwencyjnie. Istnieje szereg dowodów na możliwość interkonwersji A- i B-DNA w warunkach in vitro. Zarówno badania NMR jak i analiza rentgenostrukturalna wskazują na możliwość występowa­nia połączeń A-B DNA, np. we fragmentach Okazaki, gdzie takie zmiany struktury dwuniciowego DNA powodują znaczące zagięcie helisy przy zachowaniu efektywnych oddziaływań warstwowych [4]. Analogiczne właściwości strukturalne jak A-DNA wykazują dwunkiowe obszary RNA oraz hybrydy DNA-RNA. Wprowadzenie niektórych modyfikacji wiązań internukleotydowych (np. metanofo-sfonianowych) oraz modyfikacji pierścienia cukrowego (np. pochodne 2'-OMe rybonukleozydowe, lub 2'~NH₂-2'-deok$yry-bonukleozydowe) do jednego z łańcuchów może prowadzić do utworzenia z komplementarnymi nićmi DNA hybrydo­wych dupleksów wykazujących cechy strukturalne dwuni­ciowego A-DNA [5].

Warunkiem koniecznym dla utworzenia formy lewo-skretnej Z-DNA jest występowanie powtarzalnych traktów dinukleotydowych purynowo — pirymidynowych (CG, GC, AT itd.), które wymuszają lewoskrętność helisy oraz powodują zróżnicowanie konformacyjne pierścieni cu­krowych (Ryć. 1), przyjmujących konformację zbliżoną do C3'-endo dla pierścieni połączonych z purynami i C2'-endo dla pierścieni połączonych z pirymidynami. W przypadku struktur A-DNA i B-DNA, wszystkie wiązania glikozydowe

wzdłuż łańcucha oligonukleotydu przyjmują konforma­cję anty f czyli zasady ułożone są na zewnątrz od pierście­nia cukrowego (kąt rotacji średnio x 210°), co minimalizuje oddziaływania sferyczne, natomiast w strukturze Z-DNA wiązanie glikozydowe ma konformację anty w 2'-deoksycy-tydynie i tymidynie (kąt rotacji średnio x 208°) oraz syn w 2'-deoksyguanozynie, której pierścień guaninowy położony jest ponad pierścieniem 2'-deoksyrybozy (kąt rotacji średnio X 67°). Struktury Z-DNA wymagają odpowiednio wysokie­go stężenia jonów metali dwu wartościowych (Mg²*, Zn²⁺) lub jednowartościowych (Na⁺), których funkcja polega na zminimalizowaniu odpychających oddziaływań elektrosta­tycznych pomiędzy fosforanami szkieletu helisy. Stabiliza­cja Z-DNA w roztworze zależy od mocy jonowej roztworu i maleje w kierunku: spermina⁴⁺>spermidyna³⁺>Mg²⁺>Na⁺. Warto zwrócić uwagę, że w przypadku Z-DNA zasady nu­kleinowe są znacznie bardziej odsłonięte na działanie roz­puszczalnika i oddziaływania z innymi biomolekułami, niż w B-DNA (Ryć. 3). Odkrycie in vivo konwersji B-DNA do Z-DNA oraz dowód, że w przemianie tej zużywana jest energia ujemnie superhelikalnego DNA wskazuje, że struk­tura Z-DNA jest wysokoenergetycznym konformerem DNA uczestniczącym w procesach biologicznych [6,7,8].

W końcu lat osiemdziesiątych wykazano min., że prawo-skrętna forma B i lewoskrętna forma Z występują w rów­nowadze w plazmidowym DNA Escherichia coli. Położenie równowagi jest uzależnione od długości sekwencji podle­gających przemianom B do Z. W E. coli, Z-DNA tworzy się bez udziału czynników zewnętrznych, ale ilość konforme-ru Z-DNA wzrasta podczas transkrypcji. Zaobserwowano wzrost jego stężenia pod wpływem mutacji inaktywujących topoizomerazę I [9J. W chwili obecnej znanych jest szereg sekwencji podlegających interkonwersji B do Z lub istnieją­cych w postaci struktur lewoskrętnych m. in. w 22 chromo­somie człowieka w tzw. regionach tworzących Z-DNA [10].

Rycina 3. Izomery Z-DNA występujące w postaci szeregu zbliżonych struktur (oznaczonych Z, i Z_K) o zróżnicowanych konformacjach, które w różny sposób oddziałują •/. cząsteczkami wody lub jonami metali. Dla porównania pokazano strukturę B-DNA (B). Więcej danych można /naleźć na stronach www; DNAHeli-cai Conformation Image Library of Biological Macromoleucles, IMB Jena, http:// www. i mb-jena.de/TmgLibDoc/nana/lMACE_N AŃ A, html.

W latach dziewięćdziesiątych opisano występowanie le-woskrętnego DNA w kompleksach z białkami: ZaADARI człowieka [11] oraz ZDAM myszy [12]. W komórkach ssa­ków występuje kompleks BAF regulujący poziom ekspre­sji ponad 80 genów w wyniku modyfikacji struktury chro-matyny. Wykazano, że mechanizm tej regulacji polega na utworzeniu kompleksów pomiędzy białkami NFI/CTF z odpowiednim promotorem CSF1, którego aktywacja prze­biega poprzez utworzenie Z-DNA pod wpływem komplek­su BAF. Tak więc w zaproponowanym modelu, kompleks BAF kontroluje przejście B-DNA do Z-DNA, która to zmiana

230

www.postepybiochemii.pl fe

---