Energioverføring mellom histoner og DNA : ESR-studier av radikaldannelse i komplekskrystaller av glysin og cytosin

Abstract

DNA-heliksen i cellekjernen er under store deler av cellesyklus kveilet opp og pakket sammen til en mer kompakt struktur ved hjelp av spesielle proteiner, histoner. Det er av interesse å undersøke muligheten for energioverføring mellom DNA-molekylet og histonene. Det er derfor gjort undersøkelser av radikaldannelse i enkrystaller av isolert N-formylglysin, samt i komplekskrystaller av cytosin og N-formylglysin. Dette er ett av svært få aminosyre-nukleinsyrekomponent komplekser hvis krystallstruktur er rapportert. Krystallene ble bestrålt med ioniserende stråling (røntgen) og undersøkt ved romtemperatur ved hjelp av elektron spinn resonans (ESR) spektroskopi, samt avledede teknikker (ENDOR og FSE). I tillegg ble det også gjort Density Functional Theory (DFT) molekylorbital-beregninger for å identifisere radikalstrukturen til det dominerende strålingsinduserte radikalet som stabiliseres ved romtemperatur, både i isolert N-formylglysin og i N-formylglysin-delen av kompleks-krystallen. Dette radikalet er trolig et hydrogenabstraksjonsradikal som er vanlig å observere i glysin, glysinderivater og andre aminosyrer ved romtemperatur. I komplekskrystallen dannes i tillegg små mengder av kjente cytosinradikaler, hydrogenaddisjons-radikalene 5-yl og 6-yl. Simuleringer viser at også en bred singlett bidrar til spektrene. Denne singletten tilhører trolig cytosinmolekylet. Det har ikke vært mulig å entydig bestemme den relative radikalmengden for de fire radikalene i komplekskrystallen. Simuleringer antyder likevel at singletten bidrar så mye til spektrene at det totalt sett dannes mer av cytosinradikalene enn av glysinradikalet. Dette gir muligheter for at det kan ha funnet sted en overføring av elektroner mellom aminosyren og DNA-basen. En slik overføring av spinn-funksjon fra DNA-bundne histoner til DNA-molekylet kan bety at histonene ikke gir noen signifikant beskyttelse av DNA-molekylet mot ioniserende stråling.