中性子結晶解析によって観測されたB型DNAの水和水の配向

Orientations of water molecules surrounding B-DNA observed by neutron crystallographic analysis

新井 栄揮; 茶竹 俊行*; 新村 信雄

Arai, Shigeki; Chatake, Toshiyuki*; Niimura, Nobuo

本研究ではB型DNA+量体d(CCATTAATGG)について、X線及び中性子結晶構造解析を行い、多くの水和水について水素原子位置を含めて決定することに成功した。DNA二重らせん周辺の水和パターンは、核酸の構造と機能に重要な役割を果たすと考えられている。特に、AT塩基対が連なる領域のMinor groove(副溝)内には、六角形状の水和パターンが存在することが知られていた。しかし、それはX線結晶回折によって明らかにされた水分子の酸素原子位置から予想されたものであった。今回、水和水の水素原子位置が決定できたことにより、水分子の配向を含めた詳細な水和水ネットワークの様子が明らかになった。これにより、水和パターンは単純な六角形だけでは表せず、これまでの予想よりも数多くの水素結合がDNA鎖-水分子間に存在することが明らかになった。

It has long been suspected that the structure and function of a DNA duplex can be strongly dependent on its degree of hydration. By neutron diffraction experiments, we have succeeded in determining most of the hydrogen (H) and deuterium (D) atomic positions in the d(CCATTAATGG) duplex. Moreover, the D positions in 27 DO molecules have been determined. In particular, the complex water network in the minor groove has been observed in detail. By a combined structural analysis using 2.0 AA resolution X-ray and 3.0 AA resolution neutron data, it is clear that the spine of hydration is built up, not only by a simple hexagonal hydration pattern (as reported in prior X-ray studies), but also by many other water bridges hydrogen-bonded to the DNA strands. The complexity of the hydration pattern in the minor groove is derived from an extraordinary variety of orientations displayed by the water molecules.