Связывание производного актиноцина с фрагментами ДНК: моделирование методом Монте Карло

Abstract

Методом Монте Карло проведено компьютерное моделирование взаимодействия фрагментов ДНК и производного актиноцина (АсШ) с учетом водного окружения. Получены низкоэнергетиче­ские молекулярные структуры, соответствующие наиболее вероятным типам взаимодейст­вия — связыванию АсШ в малом желобке и интеркаляиии Actll в GC-сайт с разной стехиомет­рией комплексов. Показано, что стабильность комплексов обусловлена Ван-дер-Ваальсовыми и электростатическими взаимодействиями, а также взаимодействием с водным окружением, молекулы которого вносят дополнительную стабилизацию за счет образования мостиков между донорско-акцепторными группами фрагментов ДНК и лигандов. Определены возможные размеры мест связывания АсШ в малом желобке ДНК, составляющие 3—4 пары нуклеотидов (п. н.) на молекулу лиганда. При интеркаляции молекул АсШ в GC-сайт размеры мест связывания очевидно больше 4 п. н. на молекулу лиганда. Полученные результаты согласуются с данными эксперимен­тальных исследований.

Методом Монте Карло виконано комп'ютерне моделювання взаємодії фрагментів ДНК та похідного актиноцину (Actll) при співвідношенні ліганд—мішень 1:1 і 2:1 з урахуванням водного оточення. Отримано низькоенергетичні молекулярні структури, що відповідають найвірогіднішим типам взає­модії — зв'язуванню Actll у малому жолобі та інтеркаляції Actll у GC-caum з різною стехіометрією комплексів. Показа­но, що стабільність комплексів обумовлена Ван-дер-Ваальсовими та електростатичними взаємодіями, а також взаємо­дією з водним оточенням, молекули якого вносять додаткову стабілізацію за рахунок утворення містків між донорно-акцепторними групами фрагментів ДНК і лігандів. Визначено можливі розміри місць зв'язування Actll у малому жолобі, які дорівнюють 3—4 парам нуклеотидів (п. н.) на молекулу ліганда. При інтеркаляції молекул Actll в GC-сайт розміри місць зв'язування очевидно більші за 4 п. н. на молекулу ліганда Такі результати збігаються з даними експеримен­тальних досліджень.

The computer simulations of the interaction of DNA fragments and actinocin derivative (ActII) with ligand-target ratio 1:1 and 2:1 were carried out by a Monte Carlo method taking into account water environment. Low-energy molecular structures corresponding to the most probable models of two types of complexes – binding of ActII in minor groove and intercalation of ActII into GC-site with different complex stehiometry were obtained. The energetic and structural parameters of the complex formation were calculated. The stability of investigated complexes was conditioned by Van der Waals and electrostatic interactions as well as by the interaction with a solvent. The water molecules contribute to the stabilization of complexes due to the formation of water bridges between donor-acceptor groups of DNA fragments and ligands. Possible sizes of ActII binding sites in the minor groove were determined. They equaled 3-4 b.p. per the ligand molecule. The sizes of binding sites of intercalating ActII molecules into GC-site are obviously bigger than 4 b.p. per the ligand molecule. The results obtained are in agreement with the experimental data.