минорные нуклеозиды
МИНОРНЫЕ НУКЛЕОЗИДЫ
пуриновые и пиримидиновые нуклеозиды, входящие в молекулы прир. нуклеиновых кислот в относительно небольших количествах. В отличие от наиболее распространенных нуклеозидов (аденозина, гуанозина, уридина, тимидина и цитидина) содержат модифицир. гетероциклич. основания и(или) остатки рибозы или дезоксирибозы.
М. н. обнаружены практически во всех нуклеиновых кислотах. Наиб. высокое содержание М. н. наблюдается у эукариотич. транспортных РНК (тРНК), у которых доля М.н. достигает 20–25% от общего количества нуклеозидов. Значительно меньше (1–2%) М. н. в рибосомных РНК (рРНК). У последних М. н. сосредоточены в огранич. числе мест. В отличие от РНК содержание М.н. в ДНК разных организмов сильно варьирует. Так, в ДНК насекомых М.н. достоверно не обнаружены, в ДНК позвоночных их содержится 1–2%, а у растений эта величина достигает 3–8%. М.н. находятся в ДНК обычно не в уникальных, а в повторяющихся последовательностях.
Характер модификаций в М. н. варьирует очень широко, но в значит. степени преобладает N-, О- и С-метилирование оснований.
В ДНК растит. и животных тканей встречается, как правило, только 5-мстил-2'-дезоксицитидин (обозначается m5dC; формула I, X = Н, Y = CH3; dRib-остаток 2'-дезокси-рибозы), а у прокариот (бактерии и синезеленые водоросли)-также его изомер (m4dC; формула I, X = CH3, Y = H) и N6-метил-2'-дезоксиаденозин (m6dA; формула II); в меньших количествах присутствуют N1-метил- и N2 — диметил-2'-дезоксигуанозин (m1dG и m22dG; формула III, соотв. X = CH3, Y = Н и X = Н, Y = CH3). Единственная отличная от метилирования модификация в ДНК состоит в замене 5-метильной группы тимина в ДНК Т-четных фагов (вирусов бактерий) на гидроксиметильную группу, которая м. б. также гликозилирована.
В РНК бактерий метилированию подвергаются в осн. гетероциклич. основания, тогда как у высших организмов М.н. в РНК представлены гл. обр. 2-О-метилрибозидами (Nm; формула IV, В-основание). Наиб. структурное разнообразие М.н. характерно для тРНК, где м. б. модифицированы все четыре типа нуклеозидных звеньев. При этом М.н. образуются не только в результате присоединения к ге-тероциклу или к экзоциклич. аминогруппе разл. группировок, в простейшем случае — группы CH3 (напр., 5-мети-луридин-т5U; формула V, X = Y = О, Z = CH3, Rib-остаток рибозы), но также в результате восстановления двойной связи в положении 5,6 пиримидина (5,6-дигидроуридин-hU; формула VI).
Кроме того, М.н. могут образовываться в результате замены карбонильного атома кислорода на атом серы (2-или 4-тиоуридин-S2U и S4U; формула V, соотв. X = S, Y = О, Z = Н и X = О, Y = S, Z = H) или аминогруппы на гидроксил (инозин-формула VII), а также в результате изменения взаимного расположения урацильного и углеводного остатков с образованием С-гликозидной связи (5-рибозилурацил, или псевдоуридин,-y; формула VIII).
Известно немало М.н., модифицированных по двум позициям (напр., 5-мстил-2-тиоуридин-m5s2U; формула V, X = S, Y = О, Z = CH3), а также М.н. с заместителями, образующимися в результате ряда последовательных модификаций, напр. производное уридина (mcm5s2U; формула V, X = S, Y = О, Z = CH2COOCH3) и аденозина (ms2t6A; формула IX), в т. ч. циклизации (напр., виозин-W; формула X). Такие гипермодифицированные М.н. всегда занимают в молекуле тРНК позицию 37, т. е. соседствуют с 3'-концевым нуклеозидом антикодона- участка молекулы тРНК, состоящего из трех нуклсотидов и узнающего соответствующий ему участок из трех нуклеотидов (кодон) в молекуле матричной РНК при трансляции (синтезе белка на РНК-матрице).
Образование М.н. в РНК и ДНК происходит на поли-нуклеотидном уровне (т. е. после того, как полимерная цепь уже сформирована) путем переноса соответствующих групп специализир. ферментами с доноров в определенные положения нуклеиновой кислоты. Полнее всего изучено метилирование, которое во всех случаях (за одним исключением) осуществляется с участием S-аденозилметионина — универсального донора метильной группы. Ферменты, катализирующие образование М. н., высокоспецифичны к определенному нуклеозиду и к разным позициям его в молекуле.
Описано влияние ДНК с метилир. основаниями на ряд процессов (экспрессия генов, репликация и др.), однако мол. механизмы, лежащие в основе этого явления, не выяснены. Несколько больше известно о роли М.н. в функции тРНК. Возрастание количества М.н. в тРНК по мере усложнения организмов указывает на то, что они имеют отношение к добавочным, напр. регуляторным, функциям тРНК, поскольку фундам. механизмы переноса аминокислот сходны во всех организмах. Даже самая простая модификация, напр. метилирование, влияет на конформацию молекулы, меняя способность к образованию водородных связей и стэкинг-взаимод. между основаниями. Таким образом, влияние М. н. на функции тРНК осуществляется, вероятно, через изменение ее конформации, причем разные по структуре и положению М.н., безусловно, играют разл. роль. Например, неизменность локализации гипермодифицированных М.н. с 3'-стороны от антикодона позволяет предположить их участие в считывании кодона. М. н. в рРНК, по-видимому, участвуют в приобретении молекулой конформации, необходимой для взаимод. с рибосомными белками.
Лит.: Органическая химия нуклеиновых кислот, М., 1970; Романов А. Г., Ванюшин Б. Ф., "Биологические науки", 1980, № 11, с. 5–20; их же, там же, 1981, № 1, с. 5 13; Saenger W., Principles of nucleic acid structure, N. Y., 1984.
Т. В. Венкстерн
