The complexes formed between the cyclic octadepsipeptide antibiotic echinomycin and the hexamer $[d(CGTACG)]_2$ and decamer $[d(ACGTATACGT)]_2$ have been investigated by using one and two dimensional proton NMR spectroscopy techniques. The results obtained for the two complexes are compared to each other, to the crystal structures of related DNA-echinomycin complexes, and to enzymatic and chemical footprinting results. According to the crystal structure of echinomycin with the hexamer $[d(CGTACG)]_2$, two echinomycins bind to each DNA duplex with the quinoxaline rings bracketing the CpG steps and the central A-T base pairs are Hoogsteen base paired. We have used a new synthetic methodology which involves specific deuterium labeling of the DNA oligomer to identify this Hoogsteen base pair feature with NOE. Through NOE experiment at low temperature (1℃), A-T Hoogsteen base pairs in $[d(CGTACG]_2$-echinomycin complex have been identified in solution state. Based on the results of NOESY, the terminal A-T base pairs of the $[d(ACGTATACGT)]_2$ complex have been shown to be Hoogsteen base paried, but none of the four central A-T base pairs were Hoogsteen base paried. All four central A-T base paris were destabilized relative to those in free DNA. According to these and other results, we conclude that the formation of stable Hoogsteen base pairs may not be the relevant structural change in vivo. The structural changes propagated between adjacent ACGT binding sites are the unwinding of the duplex and destabilization of the base pairing between binding sites.
항암제 효과가 있는 echinomycin 과 $[d(CGTACG)]_2$, $[d(ACGTATACGT)]_2$ 각각의 DNA가 만드는 결합체들을 일, 이차원 적 양성자 핵자기 공명 분광을 이용해서 연구하였다. 여기서 우리는 이 두 결합체로부터 얻은 결과를 서로 비교해보고, 또한 DNAechinomycin 결합체의 결정구조와, 여러가지 footprinting 결과들과도 비교해 보았다. $[d(CGTACG)]_2$와 echinomycin 의 결합체의 결정구조에 따르면, 두개의 echinomycin 이 -CpG- step을 감싸듯이 결합하고, 가운데 A-T 염기쌍은 Hoogsteen 염기쌍을 이룬다. NOE 를 이용해서 이러한 Hoogsteen 염기쌍을 확인하기 위하여, 우리는 특정위치에 Deuterium labeling 된 DNA oligomer 를 합성하는 새로운 방법을 이용하였다. 낮은 온도 (1℃)에서의 NOE 실험으로 용액상태에서 $echinomycin-[d(CGTACG)]_2$ 결합체의 A-T Hoogsteen 염기쌍을 확인하였다.
$Echinomycin-[d(ACGTATACGT)]_2$ 결합체의 NOESY 결과를 기초로 해서 끝의 A-T 염기쌍은 Hoogsteen 염기쌍이 됨을 확인하였다. 그러나 가운데 네개의 A-T 염기쌍 중의 어느것도 Hoogsteen 염기쌍을 이루지 않았다. 이네개의 A-T 염기쌍 모두는 echinomycin과 결합체를 이룸으로 해서 훨씬 불안정해졌다. 이러한 결과와 다른 여러 자료를 종합해 볼때, 우리는 생체내에서 안정된 Hoogsteen 염기쌍이 어떤 구조적인 변화로 존재하기보다는, DNA duplex의 풀림이나 불안정화로 존재할 가능성이 더 크다고 본다.
