Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Конформационные особенности ДНК с разной нуклеотидной последовательностью Чуприна, Василий Петрович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Чуприна, Василий Петрович. Конформационные особенности ДНК с разной нуклеотидной последовательностью : автореферат дис. ... доктора физико-математических наук : 03.00.02 / Ин-т мат. проблем биологии.- Пущино, 1996.- 45 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-1/1278-3

Введение к работе

1. Актуальность проблемы. "Зависят ли пространственная структура и конформационные параметры ДНК от нуклеотидной последовательности и, если зависят, то как?" - это фундаментальный вопрос, который интересует исследователей еще со времен открытия структуры Двойной Спирали ДНК Уотсоном и Криком в 1953 году. Ответ на этот вопрос является чрезвычайно важным, поскольку изменения в структуре ДНК в свою очередь могут участвовать в процессе биологического узнавания, то есть влиять на взаимодействия ДНК с белками и лигандами.

Детальное исследование пространственной структуры ДНК стало возможным только в последние 15 лет в значительной степени благодаря возможности синтезировать олигонуклеотиды с заданной последовательностью. Благодаря этому были закристаллизованы и методом рентгеноструктурного анализа расшифрованы пространственные структуры нескольких десятков двухцепочечных олигонуклеотидов. Успехи спекгроскопии ЯМР высокого разрешения позволили определить трехмерную структуру ряда олигонуклеотидов в растворе. Важную роль в определении пространственной структуры играют расчетно-теоретические методы молекулярной механики и молекулярной динамики. В настоящее время их использование стало составной частью методик построения молекулярных моделей по результатам данных, полученных с помощью методов ЯМР и рентгеноструктурного анализа.

Ко времени начала выполнения нашей работы в литературе накопилось много экспериментальных данных об особенностях свойств разных нуклеотидных последовательностей, не имевших объяснения в терминах тонкой структуры двойной спирали. Хотя факт зависимости ее конформации от последовательности был твердо установлен в рентгеноструктурных исследованиях волокон полинуклеотидов и кристаллов олигонукпеотидных дуплексов, остаются не ясными многие детали такой зависимости и возникает вопрос, не является ли эта

зависимость следствием межмолекулярных взаимодействий в кристаллах. Не были понятны причины аномальности свойств участков ДНК, содержащих только степы А-А, Т-Т и А-Т (но не Т-А). Вопрос о закономерностях и причинах возникновения изгибов двойной спирали широко обсуждался, но не был решен.

Хотя в центральной части дуплекса d(CGCGAATTCGCG) в кристалле Дикерсоном (Dickerson et al., 1981) было обнаружено упорядоченное образование из молекул воды, названное "водным хребтом", роль этого хребта в стабилизации аномальной В-конформации и возможность его возникновения в растворах не была установлена. Методом ЯМР были исследованы несколько олигонуклеотидных дуплексов, но методика исследования зависимости конформации двойной спирали от нуклеотидной последовательности не была отработана. Решению этих задач и посвящена диссертация.

2. Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение методом ЯМР и расчетно-теоретическими методами пространственной структуры ДНК и ее зависимости от нуклеотидной последовательности. В ходе проведенной работы были решены следующие задачи:

1. Определение, методом молекулярной механики с использованием данных
ЯМР, структуры (dA)n:(dT)„ фрагментов дуплексов в растворе и уточнение
структуры poly(dA)-poly(dT) в волокнах.

2. Исследование, методами Монте-Карло и молекулярной динамики,
зависимости структуры гидратнои оболочки гликозидного желоба ДНК от
нуклеотидной последовательности и конформации. Изучение роли водного хребта
Дикерсона в образовании аномальной конформации участков ДНК, содержащих
степы А-А, Т-Т и А-Т.

  1. Построение модели изгибов оси спирали ДНК, содержащих АЯ-участки, и модели дуплекса d(GAATTTAAATTC)2 в растворе, объясняющей целый ряд экспериментальных данных.

  2. Определение зависимости структурных параметров ДНК в растворе от последовательности.

3. Научная новизна работы.

Впервые, методом молекулярной механики с использованием данных ЯМР, определена пространственная структура (dA)n:(dT)„ -фрагментов дуплексов в растворе. Проанализированы различные факторы, которые могут определять структурные черты этих участков, и показано, что именно вода в гликозидном

желобе ДНК может играть существенную роль в формировании аномальной конформации с зауженным желобом.

Впервые, на основании расчетов, показана зависимость структуры гидратной оболочки гликозидного желоба от его ширины и нуклеотидной последовательности.

На основании построенной структуры (dA)n:(dT)n -фрагментов предложена модель изгибов оси спирали ДНК, содержащей А/Г- участки. Эта модель позволила обьяснить и предсказать целый ряд экспериментальных результатов. Определенная методами ЯМР и молекулярной динамики структура d(GAATTTAAAATTC)2 в растворе находится в хорошем согласии с предложенной моделью изгибов.

Впервые разработан и применен оригинальный подход к извлечению информации о структуре двойной спирали ДНК в растворе из сравнения ЯМР-спектров различных олигонуклеотидов, который позволяет избежать проблем, возникающих в процессе восстановления трехмерной структуры нуклеиновых кислот по данным спектроскопии ЯМР. Благодаря этому подходу впервые удалось с полной определенностью установить сам факт наличия связи между нуклеотидной последовательностью и структурой ДНК в растворе. Впервые выявлены межпротонные расстояния, характеризующие зависимость конформации двойной спирали от нуклеотидной последовательности.

4. Практическая ценность. Исследования, проведенные в ходе работы над
диссертацией, позволяют сформулировать новые теоретические представления о
зависимости конформации двойной спирали ДНК от нуклеотидной
последовательности и о проявлениях этой зависимости в экспериментальных
данных. Выявленные в диссертации корреляции между нуклеотидной
последовательностью и структурой ДНК в растворе могут быть использованы при
построении моделей биологического функционирования ДНК.

Закономерности, связывающие изменения конформационных параметров с нуклеотидной последовательностью ДНК, могут использоваться для предсказания пространственной структуры ДНК с определенной последовательностью, а также структуры комплексов ДНК с лигандами.

5. Апробация работы^ Результаты работы докладывались на:
-институтских семинарах и годовых конференциях НИВЦ АН СССР (ИМПБ

РАН);

-Симпозиуме с участием стран-членов СЭВ и СФРЮ "Физико-химические свойства биополимеров в растворе и в клетке", Пущино 1985;

-Международном симпозиуме по физико-химии ДНК и молекулярным механизмам функционирования генома, Тбилиси 1987;

-Международном симпозиуме по биофизике нуклеиновых кислот, Брно, Чехословакия 1988;

-Международном симпозиуме по изгибам ДНК, Кембридж, Великобритания 1988;

-Седьмом Международном совещании по биомопекулярной стереодинамике, Олбани, США, 1989;

-Гордоновской конференции по нуклеиновым кислотам, Ньюпорт, США 1990;

-Восьмом Международном совещании по биомолекулярной стереодинамике, Олбани, США, 1991;

-Советско-Германском симпозиуме "Белково-нуклеиновые взаимодействия: структурные и фармакологические аспекты", Ленинград, 1991;"

6. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 статей в ведущих международных журналах.

Диссертация состоит из трех глав и изложена в форме научного доклада.