Исследование комплексообразования бромистого этидия с одноцепочечным некомплементарным дезокситетрануклеотидом 5'-d(CpGpApA) в водном растворе методом ¹Н-ЯМР спектроскопии

Abstract

Методом одно- и двухмерной ¹Н-ЯМР спектроскопии (500 и 600 МГц) изучено комплексообразование в водно-солевом растворе красителя бромистого этидия (3,8-диамино-6-фенил-5-этил-фенантридин) с одноцепочечным некомплементарным дезокситетрануклеотидом 5' -d( CpGpApA). Измерены концентрационные зависимости химических сдвигов протонов взаимодействующих молекул при различных температурах (T1 = 298 K и Т2= 308 K). Исследования самоассоциации тетрануклеотида показали малую вероятность образования дуплексов в растворе. В связи с этим в растворе основную роль играют комплексы красителя с одиночной нитью тетрануклеотида, что дает возможность проанализировать специфику взаимодействия ароматического лиганда с одноцепочечной ДНК. Рассмотрены различные схемы комплексообразования, определены равновесные константы и предельные значения химических сдвигов протонов бромистого этидия в комплексах. Сделан анализ относительного содержания комплексов различного типа и выявлены особенности динамического равновесия в зависимости от соотношения концентраций красителя и тетрануклеотида. На основе полученных данных сделан вывод о существовании сиквенс-специфичности связывания бромистого этидия с одноцепочечной нуклеотидной последовательностью. По расчетным значениям индуцированных химических сдвигов протонов красителя построены наиболее вероятные структуры комплексов 1:1 бромистого этидия с одиночной нитью дезокситетрануклеотида, соответствующие двум возможным типам встраивания красителя между основаниями цитозина и гуанина – с диаметрально противоположных сторон фенантридинового хромофора.

Методом одномірної та двомірної ¹Н-ЯМР спектроскопії (500 і 600 МГц) вивчено комплексоутворення у водно-сольовому розчині барвника бромистого етидію (3,8-діаміно-6-феніл-5-етил-фенантридин) з одноланцюговим некомплементарним дезокситетрануклеотидом 5'-d(CpGp- АрА). Виміряно концентраційні залежності хімічних зсувів протонів взаємодіючих молекул за різних температур (T1= 298 і Т2 = 308 К). Дослідження самоасоціації тетрануклеотиду засвідчили малу вірогідність утворення дуплексів у розчині У зв'язку з цим у розчині основну роль відіграють комплекси барвника з одиничною ниткою тетрануклеотиду, що дає змогу проаналізувати специфіку взаємодії ароматичного ліганда з одноланцюговою ДНК. Розглянуто різні схеми комплексоутворення, визначено рівноважні константи і граничні значення хімічних зсувів протонів бромистого етидію у комплексах. Зроблено аналіз відносного вмісту комплексів різного типу і виявлено особливості динамічної рівноваги в залежності від співвідношення концентрацій барвника і тетрануклеотиду. На основі отриманих даних зроблено висновок про існування сиквенсспецифічності зв'язування бромистого етидію з одноланцюговою нуклеотидною послідовністю. За розрахунками індукованих хімічних зсувів протонів барвника побудовано найвірогідніду, які відповідають двом можливим типам вбудовування барвника між основами цитозину і гуаніну – з діаметрально протилежних сторін фенантридинового хромофора.

Complex formation between the aromatic dye ethidium bromide (3,8-diamino-6-phenyl-5-ethyl-phenan-thridine) and single-stranded non-complementary deoxytetranucleotide 5'-d(CpGpApA) in aqueous solution has been studied by one- and two-dimensional ¹H-NMR spectroscopy (500 and 600 MHz). Concentration dependences of proton chemical shifts of the interacting molecules were measured at different temperatures T1 – 298 K and T2 – 305 K. Investigations of the self-association of the tetranucleotide molecules have shown that there is a very tow probability of duplex formation at the experimental conditions studied. Itfollows that the complexations of the dye molecules with the monomer of the tetranucleotide play the main rote in the complex equilibrium in solution giving an opportunity to analyze the specificity of interactions of aromatic ligand with the single-stranded DNA. Different schemes of complex formation have been examined, equilibrium reaction constants and limiting chemical shifts of dye protons in different complexes have been determined. Analysis of the relative content of different types of complexes was made and special features of the dynamic equilibrium were revealed as a function of both the dye and tetranucleotide concentrations. The analysis has shown that there is a sequence-specific binding of ethidium bromide with the single-stranded oligonucleotide. The most favorable structures of1:1 complexes of the dye with the single strand of the tetranucleotide corresponding to the drug binding from the opposite aromatic rings of the phenanthridine chromophore were constructed using the calculated values of induced chemical shifts of ethidium bromide protons.