G-квадруплексные молекулы ДНК усиливают ферментативную активность миоглобина

Международная группа под руководством профессора Кадзунори Икебукуро из Токийского университета сельского хозяйства и технологий (TUAT) обнаружила, что ДНК, образующая G-квадруплекс (G4), связывается с миоглобином через параллельную G4-структуру. Это связывание увеличивает ферментативную (пероксидазную) активность миоглобина более чем в 300 раз по сравнению с миоглобином в одиночку.

Контекст и гипотеза

Исследователи разрабатывают аптамеры — синтетические лиганды на основе нуклеиновых кислот, способные специфично связываться с белками и регулировать их функции. Ранее группа создавала модуляторы ферментов (AES), которые подавляют активность. Новой задачей стало создание аптамеров, усиливающих каталитическую активность.

Поскольку миоглобин содержит гем в качестве кофактора, а область рядом с сайтом связывания гема может быть положительно заряжена, учёные предположили, что она может взаимодействовать с отрицательно заряженным сахарофосфатным остовом ДНК. Это взаимодействие потенциально могло бы усиливать ферментативную активность.

Ключевые результаты

• Хемилюминесцентные измерения показали, что разработанный AES специфично усиливает пероксидазную активность миоглобина до 300 раз.
• AES прочно связывался с миоглобином в области гема.
• Структурный анализ с помощью NMR и спектроскопии показал, что AES сворачивается в параллельную G-квадруплексную структуру.

Значение открытия

Это открытие указывает, что ДНК в живых организмах может работать не только как носитель генетической информации, но и как регулятор биологических функций белков. Кроме того, способность AES вызывать резко усиленный хемилюминесцентный сигнал открывает новые возможности для создания биосенсоров.