ИСТИНА

Не только радиоактивные изотопы урана способны нанести серьезный вред живым клеткам. Как и многие другие тяжелые металлы, в избыточном количестве уран может изменять структуру белков и ДНК. В частности, было показано, что ион уранила – наиболее стабильная форма урана в условиях, близких к физиологическим, – оказывает негативное воздействие на металлсодержащие белки – цитохромы, трансферрины, ДНК-связывающие домены и др. На уровне организма хроническое отравление проявляется в нарушениях в работе почек, нервной системы, кроветворения. Цинковые пальцы – одни из основных ДНК-связывающих доменов эукариотических белков. Ион цинка в них необходим для поддержания правильной пространственной структуры интерфейса, взаимодействующего с ДНК. Недавние исследования показали (на примере цинкового пальца белка PARP-1, участвующего в исправлении повреждений ДНК), что функциональность последних нарушается в результате взаимодействия с ацетатом уранила, изменяющим третичную структуру домена. Целью настоящей работы стало исследование возможного молекулярного механизма токсического воздействия урана, а также сопутствующих конформационных изменений в структуре цинкового пальца белка PARP-1. Для моделирования химических превращений, включающих ион уранила, боковые цепи аминокислот в потенциальных сайтах связывания и каталитические молекулы воды, мы использовали подходы КМ/ММ динамики в сочетании со смещающими потенциалами (метод зонтичной выборки). Получаемые стабильные комплексы мы параметризовали в терминах классического силового поля для расчета длинных молекулярно-динамических траекторий. Последние необходимы для сэмплинга возможных конформационных состояний системы, а также для оценки динамических и энергетических параметров (конформационной энтропии, энтропии растворителя, энтальпии) последних. По результатам моделирования было показано, что состояние, при котором уран расположен в нативном сайте связывания, разрушается вследствие спонтанного внутреннего гидролиза связи U – Cys162. Энтальпия гидролиза оказывается равной 3,1 ккал/моль, но за счет разрыхления структуры итоговое значение свободной энергии реакции становится 1,5 ккал/моль. Следующая далее реорганизация сайта связывания включает ассоциацию уранил-иона с кластером (Glu190, Asp191) и значительное изменение третичной структуры домена. Свободная энергия финальной стадии оказалась равной -13 ккал/моль, что делает весь процесс энергетически выгодным. Дезорганизация ДНК-связывающего интерфейса, по-видимому, приводит к потере афинности к ДНК.