A model of the complementary interaction of oligopeptides with the DNA double helix

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

A comparison of the spatial arrangement of nucleic bases on the surface of the double-strand DNA major groove and functional groups of short peptides demonstrates that there is a possibility of multiple-site interaction between these polyampholytic structures. As an example we present a model of complementary binding of the synthetic tetrapeptide Ala-Glu-Asp-Gly to the nucleotide sequence ATTTC inside the DNA leading strand. This sequence is frequently repeated in the promoter regions of telomerase and RNA polymerase II genes. We show that the regulatory peptides and their complementary blocks in the DNA double helix can be connected by proton-donor and proton-acceptor interactions in which the hydration water molecules are involved.

About the authors

V. Н. Khavinson

St. Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology NWB RAMS

Author for correspondence.
Email: shabanov@mail.rcom.ru

член-корреспондент РАМН

Russian Federation, St. Petersburg

L. К. Shataeva

Institute of High-molecular Compounds RAS

Email: shabanov@mail.rcom.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Анисимов С. В., Бохелер К. Р., Хавинсон В. X., Анисимов В. Н. Изучение действия пептидов вилона и эпиталона на экспрессию генов в сердце мыши с помощью технологии на основе микрочипов И Бюлл. экспер. биологии и медицины. 2002. Т. 133. № 3. С. 340-347.
  2. Ашмарин И. И., Каразеева Е. П. Нейропептиды // Биохимия мозга. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1999. С. 232-266.
  3. Биологически активные вещества в растворах / Под ред. академика А. М. Кутепова. М.: Наука, 2001. С. 234-253.
  4. Бродский В. Я., Хавинсон В. X., Золотарев Ю. А. и др. Ритм синтеза белка в культурах гепатоцитов крыс разного возраста. Норма и действие пептида ливагена // Изв. АН. Серия биология. 2001. № 5. С. 517-521.
  5. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М.: Мир, 1987. 584 с.
  6. Петров Р. В., Михайлова А. А., Фомина Л. А., Степаненко Р. Н. Миелопептиды. М.: Наука, 2000. 181 с.
  7. Попов Е. М. Структурная организация белка // Проблема белка. В 5 т. Т. 3. М.: Наука, 1997. 606 с.
  8. Хавинсон В. X., Бондарев И. Э., Бутюгов А. А. Пептид эпиталон индуцирует теломеразную активность и элонгацию теломер в соматических клетках человека // Бюлл. экспер. биологии и медицины. 2003. Т. 135. № 6. С. 692-695.
  9. Хавинсон В. X., Лежава Т. А., Малинин В. В. Влияние коротких пептидов на хроматин в лимфоцитах лиц старческого возраста // Бюлл. экспер. биологии и медицины. 2004. Т. 137. № 1. С. 89-93.
  10. Хавинсон В. X. Пептидная регуляция старения // Вестн. РАМН. 2001. С. 16-20.
  11. Шатаева Л. К., Ряднова И. Ю., Хавинсон В. X. Исследование информационной ценности олигопептидных блоков в регуляторных пептидах и белках // Успехи совр. биологии. 2002. Т. 122. №3. С. 281-288.
  12. Alberts В., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts К., Watson J. D. Molecular biology of the cell. 3ed ed. New York: Garland Publishing, 1994. 1294 p.
  13. Anisimov S. V., Boheler K. R., Khavinson V. Kh., Anisimov V. N. Elusidation effect of brain cortex tetrapeptide Cortagen on gene expression in mouse heart by microarray // Neuroendocrinology Letters. 2004. Vol. 25. № 1-2. P. 87-93.
  14. Atchley W. R., Wollenberg K. R., Fitch W. M., Terhalle W., Dress A. W. Correlation among Amino Acid Sites in bHLH protein domains: an information theoretic analysis // Molec. Biol. Evolution 2000. Vol. 17. P. 164-178.
  15. Вlasco M. A. Telomerase beyond telomeres // Nature Reviews. 2002. August. P. 1-6.
  16. Dynlacht B. D. Regulation of transcription by proteins, that control the cell cycle // Nature. 1997. Vol. 389. P. 149-152.
  17. Echevarria M., Ilundain A. A. Aquaporins // J. Physiol. Biochem. 1998. Vol. 54. № 2. P. 107-118.
  18. Gallagher K, Sharp K. Electrostatic contributions to heat capacity changes of DNA-ligand binding // Biophys. J. 1998. Vol. 75. № 2. P. 769-776.
  19. Graf J., Ogle R. C., Robey F. A. et al. Pentapeptide from the laminin B1 chain mediates cell adhesion and binds the 67 000 Laminin receptor // Biochemistry. 1987. Vol. 26. № 22. P. 6896-6900.
  20. Gromiha M. M., Santhosh C., Suwa M. Influence of cation-p interaction in protein-DNA complexes // Polymer. 2004. Vol. 45. P. 633-639.
  21. Harley С. B., Futcher A. B., Greider C. W. Telomeres shorten during ageing of human fibroblasts // Nature. 1990. Vol. 351. P. 458-460.
  22. Harrison S. C. A structural taxonomy of DNA-binding domains H Nature. 1991. Vol. 353. P. 715-719.
  23. Jen-Jacobson L. Structural-Perturbation approaches to thermodynamics of site-specific protein-DNA interactions // Methods in Enzymology / Ed. M. L. Johnson and G. K. Ackers. 1995. Vol. 259. P. 305-344.
  24. Ivanov V. T, Karelin A. A., Philippova M. M. et al. Hemoglobin as a source of endogenous bioactive peptides: the concept of tissue-specific peptide pool // Biopolymers. 1997. Vol. 43. № 2. P. 171-188.
  25. Kayser H, Kratzin Y D. et al. Identification of human porins. II Characterisation and primary structure of a 31-IDa porin from human В lymphocytes // Biol. Chem. Hoppe-Seyler. 1989. B. 370. № 12. S. 1265-1278.
  26. Khavinson V. Kh. Peptides and Ageing // Neuroendocrinology Letters. 2003. Vol. 23. Suppl. 3. 144 p.
  27. Lodish H., Berk A., Zipursky S. L., Matsudaira P, Baltimore D., Darnell J. Molecular cell biology / Library of Congress cataloguing-in-publication data. 2000. 1084 p.
  28. Mah N., Stoehr H., Schulz H. L., White K., Weber H. F. Identification of a novel retina-specific gene located in a subtelomeric region with polymorphic distribution among multiple human chromosomes // BBA. 2001. Vol. 1522. P. 167-174.
  29. Matsumura S., Takahashi T., Ueno A., Mihara H. Complementary nucleobase interaction enhances peptide-peptide recognition and self-replicating catalysis // Chern. Eur. J. 2003. Vol. 9. P. 4829-4837.
  30. Mita K., Tsuji H., Morimyo M., Takahashi E., Nenoi M., Ichimura S., Yamauchi M., Hongo E., Hayashi A. The human gene encoding the largest subunit of RNA polymerase II // Gene. 1995. Vol. 159. № 2. P. 285-286.
  31. Mitchell P. J., Tijan R. Transcriptional regulation in mammalian cells by sequence-specific DNA- binding proteins // Science. 1989. Vol. 245. P. 371-378.
  32. Morozov V. G., Khavinson V. Ch. Natural and synthetic thymic peptides as therapeutics for immune disfunction // Intern. J. Immunopharm. 1997. Vol. 19. № 9/10. P. 501-505.
  33. Ohno M., Fornered M., Mattaj I. W. Nucleocyto- plasmic transport: the last 200 nanometers // Cell. 1998. Vol. 92. № 2. P. 327-336.
  34. Pabo С. O., Sauer R. T. Transcription factors: structural families and principles of DNA recognition // Annu. Rev. Biochem. 1992. Vol. 61. P. 1053-1095.
  35. Parkinson G., Wilson C., Gunasekera A., Ebright Y. W., Ebright R. E., Berman H. M. Structure of the CAP-DNA complex at 2.5 A resolution: a complete picture of the protein- DNA interface // J. Mol. Biol. 1996. Vol. 260. № 3. P. 395-408.
  36. Rentzeperis D., Marky L. A. Interaction of minor groove ligands to an AAATT / AATTT site and correlation of thermodynamic characterization and solution structure H Biochemistry. 1995. Vol. 34. № 9. P. 2937-2945.
  37. Ryu S., Zhou S., Ladurner A. G., Tjian R. The transcriptional cofactor complex CRSP is required for activity of the enhancer-binding protein Spl. //Nature. 1999. Vol. 397. P. 446-450.
  38. Van Holde К. E. Chromatin. New York-London: Springer-Verlag, 1988. 497 p.
  39. Wainer P. K., Langridge R., Blaney J. M., Kollman P. A. Electrostatic potential of molecular surfaces // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1982. Vol. 79. № 12. P. 3754-3758.
  40. Wick V., Zubov D., Hagen G. Genomic organisation and promoter characterization of the gene encoding the human telomerase reverse transcriptase (hTERT) H Gene. 1999. Vol. 232. № 1. P. 97-106.
  41. Woychik N. A., Hampsey M. The RNA polymerase II machinery: structure illuminates function // Cell. 2002. Vol. 108. P. 453-463.
  42. Wrighton N. C., Farrell F. X. et al. Small peptides as potent mimetics of the protein hormone Erytropoietin // Science. 1996. Vol. 273. July. P. 458-463.
  43. Yang W., Van Duyne G. D. Protein-nucleic acid interactions. Editorial overview H Current opinion in Structural Biology. 2004. Vol. 14. P. 1-3.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2005 Eco-Vector


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 74760 от 29.12.2018 г.