Научный руководитель: Воробьёв Владимир Иосифович, Доктор биологических наук
Соавторы: Чихиржина Елена Всеволодовна, Скворцов Алексей Николаевич

В ядре эукариотических клеток ДНК образует нуклеопротеиновый комплекс. Помимо хорошо известных гистонов, ДНК в клеточном ядре связана с целым рядом других белков, которые не только обеспечивают компактную упаковку ДНК, но и принимают участие в процессе управления экспрессией генов. Линкерный участок ДНК взаимодействует с гистоном Н1 и негистоновыми HMG-белками (High Mobility Group).

В данной работе методом кругового дихроизма (КД) было исследовано взаимодействие ДНК с белками Н1, HMG1 и его фрагментом HMG1-(А+В) в растворах различной ионной силы. Рекомбинантный белок HMG1-(А+В) был выделен из культуры клеток Escherichia coli при индукции изопропил-b -D-тиогалактопиранозидом. Гистон Н1 и белок HMG1 были выделены из тимуса теленка экстракцией хлорной кислотой с последующим осаждением ацетоном.

В обычных условиях ДНК в растворе находится в В-форме. Спектр КД этой формы ДНК в области 200-300 нм характеризуется двумя парами симметричных пиков. В растворе физиологической ионной силы (0.15 М NaCl) линкерный гистон Н1 компактизует ДНК, и при этом в спектре КД появляются черты, характерные для y -формы ДНК: изменение интенсивности полосы в области 260-280 нм, смещение этого пика и длинноволновый “хвост”. Такой спектр описывает наличие в растворе ассоциатов с высокоупорядоченной надмолекулярной структурой. В растворах низкой ионной силы (0.015 М NaCl) таких существенных изменений в структуре двойной спирали ДНК не наблюдается как в случае взаимодействия ДНК с гистоном Н1, так и при взаимодействии с белками HMG1. В растворе физиологической ионной силы уже при небольшом содержании белка HMG1-(А+В) в комплексе наблюдается очень сильное изменение интенсивности как положительной, так и отрицательной полос спектра кругового дихроизма. В этом случае на порядок увеличивается интенсивность положительной полосы, а отрицательный пик в области 200-210 нм переходит в положительную область. Кроме того, в спектре КД появляется длинноволновый “хвост”. При взаимодействии молекулы целого белка HMG1 с ДНК такой эффект не наблюдается. При этом изменение интенсивности отрицательного пика описывает скорее белок-белковые взаимодействия в ДНК-белковом комплексе.

При добавлении двухвалентных катионов в раствор HMG1-(А+В) - ДНК в спектре КД наблюдается постепенное понижение интенсивности обеих полос. В случае белка HMG1 присутствие ионов кальция приводит к небольшому понижению интенсивности положительной полосы. А при взаимодействии Н1 с ДНК в присутствии ионов кальция наблюдается лишь смещение максимума положительной полосы при 260 нм. Хотелось бы отметить, что присутствие двухвалентных ионов кальция в растворе практически не влияет на конформацию ДНК и исследуемых белков. Увеличение содержания белкового компонента в комплексе приводит к осаждению его молекул из комплекса.

Вид спектра КД, полученного нами для комплекса ДНК-HMG1-(A+B), напоминает спектр y -формы ДНК. Однако ни в одном случае величина положительного пика при 270 нм не увеличивается на несколько порядков по сравнению с В-формой ДНК. Похожий эффект мы наблюдали только при исследовании структуры ДНК в растворе трифторэтанола.

Описанные различия в поведении комплексов ДНК с исследуемыми белками, по всей видимости, связано с отсутствием концевых фрагментов в молекуле белка HMG1-(А+В). При взаимодействии ДНК с HMG1-(A+B) вероятно происходит компактизация и/или конденсация ДНК даже при небольшом содержании этого белка в комплексе. Может быть гистон Н1 закрывает доступ транскрипционных факторов к ДНК. В то же время белок HMG1 создает дополнительный уровень структурного и функционального единства хроматина, обеспечивая доступ регуляторных факторов к регуляторным элементам и потенциальные взаимодействия между ними.