
Ученые
из Университета Дьюка в Северной Каролине
обнаружили, что РНК, в отличие от ДНК,
нетерпима к образованию неклассических
хугстиновских пар оснований. Из-за этого
два типа нуклеиновых кислот очень
по-разному реагируют на некоторые виды
модификаций, что может иметь большое
значение для возникновения нынешней
специализации РНК и ДНК в ходе эволюции.
Исследование опубликовано в журнале
Nature Structural & Molecular Biology.
С
точки зрения химии отличия ДНК от РНК
сводятся к тому, что в ДНК: 1) вместо
азотистого основания урацила используется
тимин, а 2) в сахарофосфатной цепи
отсутствует так называемый 2'-гидроксил
(читается «два-штрих»), — группа,
отличающая рибозу от дезоксирибозы.
При этом наибольшие последствия в смысле
структуры и химии имеет именно второе
отличие: 2'-гидроксил делает невозможным
сворачивание двуцепочечной РНК в
B-спираль — основную форму ДНК в клетке,
— оставляя нуклеиновой кислоте на
основе рибозы только А-тип спирали.
Кроме того, «лишний» гидроксил делает
РНК более реакционноспособной чем ДНК,
— от нее легче «отваливаются» основания
под действием щелочей. В том числе на
основании этого отличия биологи полагают,
что переход с РНК на ДНК как основной
носитель генетической информации мог
иметь крупное эволюционное преимущество
на заре возникновения жизни.
В
новой работе ученые обнаружили еще одно
потенциально важное следствие наличия
2'-гидроксила у РНК, и на этот раз оно
связано с образованием так называемых
хугстиновских пар оснований.
Основной
тип спаривания азотистых оснований,
который лежит в основе функционирования
ДНК, был открыт еще в знаменитой работе
Уотсона и Крика в 1953 году и получил
впоследствии имена своих первооткрывателей.
Однако уже несколько лет спустя было
обнаружено, что уотсон-криковское
спаривание — не единственный возможный
вариант взаимодействия оснований в
ДНК. В 1959 году Карст Хугстин обнаружил, что вращение
основания на 180 градусов вдоль гликозидной
связи (между сахарным остатком и
основанием) может приводить к другому
типу спаривания — менее энергетически
выгодному, но вполне осуществимому. В
клеточной ДНК оно встречается редко
(хотя и необходимо для образования
некоторых экзотических структур),
поэтому большого функционального
значения ему до сих пор не придавали.
Только недавно было показано, что
уотсон-криковское и хугстиновское
спаривание существует в рамках одной
молекулы в динамическом равновесии. И,
хотя «неклассические» структуры занимают
суммарно не более трех процентов генома
в каждый момент времени, они могут играть
свою роль там, где ДНК взаимодействует
с белками или малыми молекулами.
