ДНК в ядре эукариотической клетки входит в состав сложного ДНК-белкового комплекса, способного обеспечивать не только его функционирование, но и при необходимости высокую степень компактизации. ДНК-связывающие белки в ядре клетки можно условно разделить на две большие группы: гистоновые и негистоновые белки хроматина. К первым относятся коровые гистоны (Н2А, Н2В, Н3 и Н4), составляющие белковую частицу, вокруг которой закручена двойная спираль ДНК, и линкерный гистон Н1, взаимодействующий с ДНК на межнуклеосомных (линкерных) участках. Среди остальных (т. е. негистоновых) белков хроматина наиболее многочисленны представители обширной группы белков с высокой электрофоретической подвижностью (High Mobility Group, или HMG), некоторые из которых, так называемые белки HMGB, также функционируют в межнуклеосомных областях хроматина. Эти белки активно участвуют не только в регуляции структуры хроматина, но и принимают непосредственное участие во многих клеточных процессах, таких как транскрипция, репарация, рекомбинация и др.

Функции линкерных белков тесно связаны с их конформационным состоянием. В настоящее время активно изучается строение белков, играющих ключевую роль в формировании высших уровней структурной организации хроматина. В данной работе проведен сравнительный анализ вторичной структуры линкерного гистона H1 и негистонового белка HMGB1. Методами кругового дихроизма в УФ-области и ИК-Фурье-спектроскопии показано, что положительно заряженный гистон H1 связывается с С-концевым фрагментом HMGB1, стабилизируя образующийся комплекс и индуцируя формирование дополнительных α-спиральных участков в обоих белках. Показано, что взаимодействие белков HMGB1 и H1 очень быстро приводит к образованию в растворе достаточно крупных рассеивающих комплексов, что затрудняет анализ спектров КД в ультрафиолетовой области спектра. Вместе, даже такие относительно крупные белковые комплексы не рассеивают свет в инфракрасной области спектра, что позволяет анализировать вторичную структуру белков в комплексе по их спектрам ИК поглощения.

На основании анализа данных ИК-спектроскопии мы предположили, что первичное образование комплекса происходит за счет электростатического взаимодействия между отрицательно заряженным С-концевым участком HMGB1 и положительно заряженными группами гистона H1. Последующее изменение вторичной структуры белков в комплексе приводит к образованию дополнительных α-спиральных участков в обоих белках.

Работа выполнена с использованием оборудования ресурсных центров Научного парка СПбГУ («Оптические и лазерные методы исследования вещества», «Центр диагностики функциональных материалов для медицины фармакологии и наноэлектроники», «Криогенный отдел»).

DNA in the nucleus of a eukaryotic cell is a part of DNA-protein complex, which provides not only functioning of DNA, but also, if necessary, a high degree of compaction. DNA-binding proteins in the cell nucleus can be roughly divided into two large groups: histone and non-histone chromatin proteins. The former include core histones (H2A, H2B, H3, and H4), which form nucleosomal core particle around which the DNA double helix is twisted, and the linker histone H1, which interacts with DNA at internucleosomal (linker) sites. Among the remaining (i.e., non-histone) chromatin proteins, the most numerous are representatives of an extensive group of proteins with high electrophoretic mobility (High Mobility Group, or HMG), some of which, the so-called HMGB proteins, also function in the internucleosomal regions of chromatin. These proteins are actively involved not only in the regulation of chromatin structure, but are also directly involved in many cellular processes such as transcription, repair, recombination, etc.

The functions of linker proteins are closely related to their conformational state. Currently, the structure of proteins that play a key role in the formation of higher levels of chromatin structural organization is being actively studied. In this work, a comparative analysis of the secondary structure of the linker histone H1 and the non-histone protein HMGB1 was carried out. Using UV circular dichroism and FTIR spectroscopy, it was shown that the positively charged histone H1 binds to the C-terminal fragment of HMGB1, stabilizing the resulting complex and inducing the formation of additional α-helical regions in both proteins. It has been shown that the interaction of HMGB1 and H1 proteins very quickly leads to the formation of fairly large scattering complexes in solution, which makes it difficult to analyze CD spectra. However, even such relatively large protein complexes do not scatter light in the infrared region of the spectrum, which makes it possible to analyze the secondary structure of the proteins in the complex from their IR absorption spectra.

Based on the analysis of the IR spectroscopy data, we assumed that the initial formation of the complex occurs due to the electrostatic interaction between the negatively charged C-terminal region of HMGB1 and the positively charged groups of H1 histone. The subsequent change in the secondary structure of the proteins in the complex leads to the formation of additional α-helical regions in both proteins.

The work was performed using the equipment of the resource centers of the Science Park of St. Petersburg State University (“Centre for Optical and Laser Materials Research”, “Center for the Diagnostics of Functional Materials for Medicine, Pharmacology and Nanoelectronics”, “Cryogenic Department”).