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

Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Калюжный Дмитрий Николаевич

Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса
<
Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

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

Калюжный Дмитрий Николаевич. Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 03.00.02 Москва, 2005 83 с. РГБ ОД, 61:06-1/328

Содержание к диссертации

Введение

1. Введение 4

1л Актуальность проблемы 4

1.2. Цель работы 5

1.3 Основные задачи исследования 6

2. Обзор литературных данных 9

2.1 Триплексные структуры 9

2.1.1 Об истории тройных спиралей 9

2.1.3 Рекомбинантный триплекс 10

2.2 Двойная спираль днк с параллельно ориентированными нитями (параллельная ДНК) 14

2.3 Флуоресцирующие аналоги оснований 19

3. Материалы и методы 21

3.1 Модельные олигонуклеотиды 21

3.2 Образование межмолекулярных и внутримолекулярных структур 22

3.3 Спектры поглощения и флуоресценции 22

3.4. Термическая денатурация 22

3.4.1. Модель двух состояний для меокмолекулярного дуплекса 23

3.4.2. Модель двух состояний для внутримолекулярного триплекса. 25

3.5. Молекулярное моделирование 27

Детекция образования внутримолекулярного триплекса днк по флуоресценции 2-аминопурина, включенного в третью нить 29

4.1. Флуоресцентные и термодинамические свойства аналогов оснований в структуре рекомбинантного триплекса 29

4.1.1. Моделирование структуры рекомбинантного триплекса с аналогами природных оснований 29

4.1.2 Изучение плавления модифицированного рекомбинантного триплекса по УФ поглощению 33

4.1.3. Флуоресцентные свойства 2-ар в структуре рекомбинантного триплекса 35

4.1.4. Плавление модифицированного рекомбинантного триплекса, наблюдаемое по флуоресценции 2-ар. 38

4.2. Образование равновесного триплекса без примеси альтернативных структур 41

5. Изучение особенностей структуры рекомбинатного триплекса с помощью нового флуоресцентного метода 45

5.1. Наблюдение обмена нитей в r-триплексе 45

5.2. Влияние количества водородных связей в триплетах на общую стабильность триплексной структуры 48

5.3. Образование r-триплекса теломерной последовательностью млекопитающих 53

6.2 Аминопурин как зонд конформаций трехтяжевого комплекса днк-днк-рнк при элонгации т7 рнк полимеразы in vitro 54

7. Исследование свойств флуоресцирующих оснований, включенных в параллельный дуплекс. 58

7.1. Моделирование структуры параллельного дуплекса с флуоресцирующими аналогами оснований 58

7.2. Образование модельными олигонуклеотидами параллельного дуплекса 60

7.3. Изучение стабильности модифицированных дуплексов по уф плавлению 62

7.4. Определение причин потери стабильности дуплексов с замещенным 2-пиримидиноном 64

7.5. Флуоресцентные свойства 2-ар в структуре параллельного дуплекса 67

7.6. Плавление параллельного дуплекса наблюдаемое по изменению флуоресценции 2-ар 69

7.5. Особенности структуры параллельного дуплекса 71

8. Основные выводы и результаты работы 73

9. Библиография

Введение к работе

Актуальность проблемы

Структура ДНК в высокой степени полиморфна. Хорошо изучены двойные спирали А, В, и Z семейства конформаций. Наряду с этими антипараллельными двойными спиралями и классическими тройными спиралями, компьютерным моделированием было предсказано, что ДНК может образовывать двойную спираль с параллельной ориентацией нитей («параллельную» ДНК или пар-ДНК) [Pattabiraman, 1986], а также тройную спираль, в которой параллельно ориентированные нити идентичньі[2Ьигкіп, 1994], [Shchyolkina, 1994]. Такая тройная спираль получила название R-триплекса. Позднее необычные структуры такого типа были обнаружены с помощью модельных олигонуклеотидов, а также в различных биологических системах. Например, для три-нуклеотидных повторов (GAA)(TTC), связанных с нейродегенеративными болезнями человека, методом ЯМР было показано существование параллельного дуплекса в равновесии с каноническим антипараллельным дуплексом [LeProust, 2000]. Возможность образования пар-ДНК в мисматчевых структурах, стабилизированной бороздочными лигандами, была продемонстрирована на модельных олигонуклеотидах [Shchyolkina, 1998]. Структурообразующая роль R-триплексов показана в рибосоме [Wimberly, 1999]. Предположена их регуляторная роль в матричных процессах, таких как транскрипция и репликация [Karamychev, 2003]. Показано включение однотяжевого overhang'a в двойную спираль теломерной ДНК на концах хромосом, предполагающее образование R-триплекса (R-формы ДНК) как промежуточной или как равновесной структуры в таком НК-белковом комплексе [Stansel, 2001].

Оптические методы исследования нуклеиновых кислот является косвенными, в отличии от прямых методов, таких как ЯМР и рентгено-структурный анализ (РСА), с помощью которых можно получить полную структуру образца. Однако, даже прямые методы не лишены своих недостатков. Например, с помощью РСА можно получить только статическую картину довольно устойчивых образований в кристаллической упаковке, в условиях, отличных от физиологических. Метод ЯМР применим только для сравнительно больших концентраций исследуемых образцов. Использование флуоресцирующих аналогов оснований является одним из способов наблюдения за локальной структурой нуклеиновой кислоты. Используя небольшие

I РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ і
3 БИБЛИОТЕКА }

J С.Г

концентрации образца в физиологических условиях, можно получить сведения о подвижности и локальном окружении отдельного основания в сложных структурах нуклеиновых кислот. Другим положительным фактором такого метода является то, что он применим как для статических структур, так и для переходных образований, возникающих в различных биологических процессах с участием белков. Ранее, флуоресцентные свойства некоторых аналогов оснований в составе В-формы ДНК были хорошо изучены как экспериментально [Rachofsky, 2001], так и теоретически [Jean, 2001].

Исследование свойств необычных конформаций нуклеиновых кислот и их комплексов с белками важно для понимания связи структуры и функции нуклеиновых кислот в клетке. Данная работа направлена на создание метода для применения флуоресцентных аналогов оснований в качестве флуоресцирующего зонда параллельной ДНК и рекомбинантного (R-) триплекса.

Цель работы.

Основной целью настоящей работы была разработка высоко чувствительного флуоресцентного метода наблюдения за образованием и стабильностью необычных структур ДНК, и получение с помощью этого метода новых характеристик этих структур.

Основные задачи исследования.

  1. Подобрать флуоресцирующий аналог основания, минимально нарушающий изучаемую структуру ДНК и не уменьшающий ее стабильности.

  2. Детально изучить термодинамические свойства и особенности конформаций рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса с нуклеотидными последовательностями, включающими все природные основания.

  3. Показать возможность применения данного метода для изучения структурных переходов в ДНК при образовании комплексов с белками.

Научная новизна.

В данной работе впервые было проведено исследование необычных структур ДНК по флуоресценции аналогов оснований. Был проведен поиск таких оснований, которые минимально нарушали структуру ДНК и имели характерные флуоресцентные свойства. Показано, что аналог цитозина - 2-пиримидинон, не нарушая структуры ДНК,

значительно уменьшает стабильность как канонического антипараллельного, так и параллельного дуплекса, и дано объяснение этому эффекту.

Впервые 2-аминопурин (2-АР) применен для изучения параллельной ДНК и рекомби-нантного триплекса. Установлено, что 2-АР практически не нарушает структуры и не влияет на стабильность изучаемых необычных структур ДНК. Описаны флуоресцентные свойства 2-аминопурина, включенного в структуру параллельного дуплекса и рекомбинантного триплекса. С высокой точностью рассчитаны термодинамические параметры образования межмолекулярного параллельного дуплекса и внутримолекулярного R-триплекса. Впервые показано, что образование этих структур можно наблюдать не только по ультрафиолетовому поглощению природных оснований, в которое вносят вклад все природные основания, но и по изменению интенсивности флуоресценции аналога основания при плавлении индивидуального триплета в триплексе или пары оснований в параллельном дуплексе. Разработанный метод позволил подтвердить структуру водородных связей в АТА триплете, предложенную компьютерным моделированием. Рассчитана термодинамика вклада одной водородной связи в энергетику Кугриплекса. Обнаружена необычно высокая относительная чувствительность стабильности R-триплекса к наличию мисматчевых оснований в узнающей третьей цепи. Впервые подтверждено образование неканонической водородной связи между С2Н2 аденина в R нити и N7 аденина в дуплексной части и оценена ее энергия. С учетом доказанной структуры АТА триплета был получен необычно стабильный параллельный триплекс, в котором все аденины были заменены на 2,6-диаминопурин. Впервые наблюдали вытеснение нитей в рекомбинантном триплексе. Продемонстрирована возможность образования R-триплекса теломерной последовательностью млекопитающих.

Флуоресцентным методом обнаружена точка особой конформации НК на расстоянии примерно 13 нуклеотидов от начала транскрипции в элонгационном комплексе транскрипции Т7РНК-полимеразы, в которой возможно образование нескольких R-триплетов оснований.

Научно практическая ценность работы.

Работа имеет выраженную фундаментальную направленность. Практическая ценность

работы состоит в разработке нового высокочувствительного флуоресцентного метода

детектирования необычных структур ДНК. Показана возможность применения этого метода как к свободной ДНК, так и к ДНК в комплексе с белками. Установлена значимость водородных связей в АТА триплете на стабильность рекомбинантного триплекса.

Апробация работы.

Материалы диссертации изложены на 8и студенческих конференциях и на Зх международных конференциях.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 5 статей и 5 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из Введения, обзора литературных данных, методического раздела, трех глав содержащих изложение и обсуждение результатов. Работа изложена на 83 страницах, включает 8 таблиц и 35 иллюстрации. Библиография включает 90 наименований.

Основные задачи исследования

Второй раздел посвящен обзору литературных данных. Описана история открытия тройных спиралей, химическое строение классических триплексных структур. Отдельное внимание уделено биологической роли классических триплексов. Приведено обсуждение структуры необычного рекомбинантного триплекса, и его возможной биологической роли. Рассказано о структурных и биологических особенностях ДНК с параллельной ориентацией нитей. Описаны существующие методы наблюдения за такими необычными структурами ДНК. В свете литературных данных рассказано о флуоресцентных свойствах аналогов природных оснований, и их применении для наблюдения биологических процессов. В этом разделе будет дано обоснование постановки задачи дан ной диссертационной работы, определено место диссертационной работы среди имеющихся исследований.

Третий раздел содержит описание материалов и методов, использованных при выполнении работы. В этом разделе описаны методы получения межмолекулярных и внутримолекулярных структур ДНК. Рассказано о методах наблюдения за спектрами поглощения и флуоресценции. Отдельное внимание уделено плавлению структур ДНК наблюдаемого по изменению УФ поглощения и флуоресценции. Подробно описаны математические модели плавления. Рассказано о процедуре молекулярного моделирования необычных структур с помощью программы Ну-perChem.

Основные материалы диссертационной работы представлены в разделах с четвертого по седьмой.

В четверном разделе описана разработка нового метода детекции ре-комбинантного триплекса по флуоресценции аналога аденина 2-АР. Первая часть раздела посвящена описанию флуоресцентных и термодинамических свойств 2-АР в структуре рекомбинантного триплекса. Где подробно освещены вопросы моделирования структуры, плавления три-плексов наблюдаемое, как по поглощению, так и по флуоресценции. Приведены флуоресцентные свойства 2-АР характерные для рекомбинантного триплекса. Во второй части раздела приводится доказательство образования внутримолекулярного триплекса без примесей других возможных структур.

Пятый раздел посвящен изучению термодинамических свойств структуры рекомбинантного триплекса с помощью нового флуоресцентного метода. Новый метод впервые позволил наблюдать обмен нитей в R-триплексе. Замещение природных оснований на их аналоги, которое приводит к появлению дополнительных водородных связей, или их исчезновение, позволило выяснить значимость отдельных водородных связей в структуре R-триплекса. Разработанный метод позволил наблюдать образование триплекса теломерной последовательностью млекопитающих и определить термодинамику его образования.

Шестой раздел описывает возможность применения разработанного метода для наблюдения необычного R-триплекса в биологической модели, с участием фермента РНК полимеразы. Рассказано возможности работы фермента на модифицированной матрице. Описан способ получения информации о локальной структуре комплекса фермента с ДНК-РНК. Подробно обсуждены полученные результаты в соответствии с известными литературными данными.

В седьмом разделе описан новый флуоресцентный метод наблюдения за образованием параллельного дуплекса. Описаны флуоресцентные свойства аналога аденина 2-АР в структуре параллельного дуплекса. Изучены причины дестабилизации как параллельного так и антипараллельного дуплекса при замещении цитозина его аналогом 2-пиримидиноном. Рассказано о полученных свойствах параллельного дуплекса, проведено их сравнение с известными свойствами предположенных теоретически. Сделанные по результатам работы выводы и обобщения собраны в восьмом разделе. В конце работы приведена библиография. Список литературных источников содержит 90 наименований.

Диссертационная работа содержит 6 таблиц и 35 иллюстраций. Результаты диссертационной работы отражены в пяти публикациях

Двойная спираль днк с параллельно ориентированными нитями (параллельная ДНК)

До настоящетх) времени ориентацию нитей можно было определить лишь для коротких дуплексов. С помощью ковалентно пришитых к концам олигонуклеотидов флуоресцирующих меток было показано образование именно параллельной ДНК [Fritzsche, 1993], [Jovin,1990], [Rippe, 1992].

Кроме этого, ориентация задавалась ковалентным сшиванием нитей ДНК в параллельной ориентации при помощи нуклеотидных или ненуклеотидных линкеров. Однако, такие методы неприменимы для определения участков параллельной ориентации нитей на протяженной молекуле ДНК.

Для решения проблемы определения параллельного или антипараллельного типов двойной спирали в нашей лаборатории был предложен метод детекции параллельной ДНК по флуоресцентным свойствам модифицированных оснований. Основы этого метода впервые разрабатывались в данной работе.

В настоящее время аналоги природных оснований широко используются при изучении структуры нуклеиновых кислот, а так же структуры их комплексов с белками. Использование аналогов природных оснований дает возможность наблюдать за отдельным основанием в структуре нуклеиновой кислоты. При помощи аналоги оснований появилась возмож ность определить значимость той или иной группы природного нуклео-тида в образовании комплекса нуклеиновых кислот с белками.

Флуоресцентные аналоги оснований дают возможность наблюдать за динамикой отдельного основания по изменению флуоресцентных свойств. Химическая модификация не флуоресцирующих природных оснований вызвает перестройку электронной структуры, что может привести к появлению флуоресцентных свойств аналога основания.

2-аминопурин (2-АР) является одним из наиболее известных и широко используемых аналогов природного аденина. Изменение положения NH2 группы из положения С6 природного аденина, в положение С2, приводит к изменению электронной структуры и появлению характерных флуоресцентных свойств. Данный аналог аденина имеет спектр поглощения отличный от поглощения природного аденина в длинноволновую область с максимумом в области ЗЮнм. При возбуждении в 31 Онм наблюдается собственная флуоресценция с максимумом в области 370нм. Было показано, что тушение флуоресценции 2-АР в дуплексных структурах происходит главным образом за счет образования сте-кинга с соседними основаниями. [Rachofsky, 2001]. Как было показано теоретическими расчетам описывающими возбужденное состояние 2-АР, тушение его флуоресценции происходит статически при образовании стекинга с пуриновыми основаниями и наоборот при стекинге с пи-римидиновыми основаниями, происходит тушение динамического типа [Jean, 2001].

Аналог аденина 2-АР применялся в качестве сайт-специфичного зонда структуры нуклеиновой кислоты и ее динамики, так как он образует пару с тимином и мисматчевое спаривание с другими основаниями [Guest, 1991].

Флуоресцентные аналоги оснований применялись для изучения структуры и динамики ДНК белковых комплексов. Например, по флуорес ценции 2-АР впервые удалось наблюдать выворачивание отдельного нуклеотида из дуплексной структуры под действием аденин специфичной метилтрансферазы [Holz, 1998].

На основании изученных литературных данных предложено изучить свойства аналогов природных оснований в структурах рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса.

Работа имеет выраженную фундаментальную направленность. Практическая ценность работы состоит в разработке нового высокочувствительного флуоресцентного метода детектирования необычных структур ДНК и определить их структурные особенности.

Модель двух состояний для меокмолекулярного дуплекса

Квантово-механические расчеты проводились в программе HyperChem7.0 в силовом поле Amber94. Расчеты проведены при температуре 0К в вакууме. В расчетах не учитывалось влияние воды и растворителей. Моделирование триплетов оснований производилось следующим образом. Отдельные триплеты оснований составлялись из нук-леотидов с сахорофосфатным остовом путем помещения их в определенные места пространства. Дальнейшая оптимизация геометрии полученного триплета приводила к финальной структуре триплета оснований. Далее составлялась совокупность пяти триплетов в соответствии с выбранной локальной последовательностью. Соединение соответствующих 5 и 3 групп и дальнейшая оптимизация геометрии приводила к получению модели участка R-триплекса. Ввиду того, что в расчетах краевые триплеты оснований получались деформированными, в качестве рассчитываемым триплетом выбирался только третий, находящийся в середине моделированного участка. Для получения триплета с модифицированными основаниями, одно или несколько природных оснований в серединном триплете заменялось на его аналоги. Геометрия полученного таким образом модифицированного участка триплекса подвергалась оптимизации. В итоге получали триплет с модифицированными основаниями и оптимизированной геометрией.

Моделирование пар оснований с параллельной и антипараллельной ориентацией нитей (транс- и цис- пары) были произведено аналогичным образом. Ввиду того, что не удалось промоделировать протяженный участок параллельной ДНК, пары оснований моделировались отдельно, а не в контексте последовательности. Однако такое приближение находилось в хорошем соответствии с известными транс-парами природных нуклеотиотидов. Энергетика образования транс-пар с модифицированными основаниями определена в состоянии с минимальной энергией. Достижение этого состояния производилось путем минимизации энергии в силовом поле Amber 94.

Подробно рассмотрим разработку нового метода детекции рекомбинантного триплекса по флуоресценции аналога аденина 2-АР. Спектроскопическими методами описаны свойства аналога основания в структуре рекомбинантного триплекса. Освещены вопросы моделирования структуры, плавления триплексов наблюдаемого, как по поглощению, так и по флуоресценции. Приведены флуоресцентные свойства 2-АР характерные для рекомбинантного триплекса. Приводится доказательство образования внутримолекулярного триплекса без примесей других возможных структур.

Для наблюдения структуры рекомбинантного триплекса, необходимо выбрать модель такого триплекса, который бы в определенных условиях был совершенным, то есть полностью состоял из триплетов R-типа [Zhurkin et al., 1994; Shchyolkina et al., 1994] . В качестве такой модели был выбран модельный олигонуклеотид (RCW), на котором в дальнейшем производи лись последующие исследования. Остановимся подробно на структуре и последовательности оснований этого модельного олигонуклеотида.

Нуклеотидная последовательность олигонуклеотида RCW представлена на рисунке 4.1. Она была выбрана таким образом, чтобы трехнитевая структура состояла из 10 триплетов по схеме изображенной на рисунке. Такая смешанная последовательность потенциально способна образовывать структуру R-триплекса, которая состоит из дуплексной части и третьей нити, так как третья нить этого триплекса идентична и параллельна одной из нитей дуплексной части. В дальнейшем третью нить триплекса будем называть R-нитью, нить дуплекса, которая комплементарна и антипарал-лельна этой нити, будем называть С-нитью (Crick), а нить дуплекса, иден тичную и параллельную третьей нити, будем называть W-нитью (Watson). Для предотвращения обмена нитей, дуплексная часть была усилена двумя стабильными GC парами и жестким GAA линкером. Третья нить в представленной модели соединена с дуплексной частью более гибким ТТТТ линкером.

Для изучения свойств аналогов оснований в данной структуре RCW триплекса одно из природных оснований предложено заменить на его аналог. Для решения поставленной задачи необходимо было подобрать такие аналоги оснований, которые минимально бы искажали структуру ДНК. Для этого проведено компьютерное моделирование возможности образования триплетов оснований, в которых основание в третьей нити было заменено на его флуоресцирующий аналог. В качестве флуоресцирующего аналога аденина был выбран 2-АР. На рисунке 4.2 изображены схемы образования триплетов оснований, полученных с помощью квантово-механических расчетов. При замене аденина на 2-аминопурин происходит незначительное смещение 2-АР относительно природного аденина, что могло бы повлечь изменение стекинг взаимодействий аналога основания с соседними основаниями в R-нити. При этом также образуются две водородных связи R-нити с Уотсон-Криковским дуплексом. Проведенные расчеты позволили предсказать, что такое замещение природного аденина в третьей нити на 2-АР не значительно повлияет на общую структуру триплекса и на его термодинамические свойства.

Изучение плавления модифицированного рекомбинантного триплекса по УФ поглощению

Для изучения свойств параллельных дуплексов при помощи флуоресцирующих аналогов оснований был проведен поиск таких оснований, которые бы минимально искажали изучаемую структуру. При помощи кванто-во-механических расчетов было показано, что стехиометрически наилучшими аналогами оснований являются аналог аденина 2-АР и аналог цито-зина 2-пиримидинон (Р). На рисунке 7.1 изображены схемы образования нуклеотидных пар с аналогами оснований. При замене аденина на 2-АР предположительно не должна меняться структура образуемого дуплекса, и также образуются две водородные связи между основаниями. Замена ци-тозина на Р должна приводить к потере Н-связи и дестабилизации антипараллельного дуплекса, но не влиять на структуру параллельного. При образовании параллельной пары Р с гуанином, структура пары изоморфна паре с природными основаниями GC, и количество водородных связей не меняется.

Для изучения влияния замещения природных оснований на их флуоресцирующие аналоги синтезировали нуклеотидные последовательности, по тенциально способные образовывать параллельный дуплекс. В качестве контроля синтезировались олигонуклеотиды, образующие канонические дуплексы с антипараллельной направленностью нитей. В исследуемых дуплексных структурах только одно основание было заменено на его флуоресцирующий аналог. На рисунке 7.2 представлены исследованные нук-леотидные последовательности.

Ранее было показано, что внутримолекулярные шпильки с нитями ДНК ковалентно сшитыми в параллельной ориентации с нуклеотидной последовательностью, в точности, совпадающей с изучаемой, образуют структуру параллельного дуплекса. Тогда же было определено, что параллельный дуплекс с транс-GC парами в спектрах кругового дихроизма имеет характерное положительное плечо в области 290нм. [Shchyolkina, 2000].

На рисунке 7.3 приведены спектры кругового дихроизма параллельных и антипараллельных дуплексов при низкой температуре 3С: а) со всеми природными основаниями; б) с одним аденином, замещенным на 2АР; в) с одним цитозином, замещенным на 2-пириримидинон. По спектрам кругового дихроизма изучаемых дуплексов было определено, что положительное плечо в длине волны 290нм присутствует для всех параллельных дуплексов. Амплитуда положительной полосы в области 270нм у дуплексов с замещенными основаниями обусловлено низким поглощением аналогов оснований в этой полосе. В остальном спектры КД дуплексов с модифицированными основаниями практически полностью повторяют спектры дуплексов со всеми природными основаниями. Таким образом, было определено, что замещение одного основания на его аналог не влияет на образование структуры как параллельного, так и антипараллельного дуплекса.

Было проведено исследование влияния на общую стабильность дуплекса замещения природного основания в нем на флуоресцирующий аналог. Методом УФ плавления показано, что стабильность как параллельного, так и антипараллельного дуплексов меняется незначительно при замещении одного аденина на 2-АР. По кривым УФ плавления представленим на рисунке 7.4 были рассчитаны термодинамические параметры образования параллельных и антипараллельных дуплексов, которые представлены в таблице 7.1.

Для дуплексов, в которых один цитозин был заменен на Р, также исследована стабильность методом УФ плавления. Кривые плавления приведены на рисунке 7.5. Оказалось, что замена природного цитозина на Р ведет к дестабилизации как антипараллельного, так и параллельного дуплекса. Ранее уже наблюдался тот факт, что включение Р в состав олигонуклеотида ведет к дестабилизации антипрапараллельного дуплекса [Gildea, 1989]. Объяснения авторов сводилось к тому, что при цис спаривании 2-пиримидинона и гуанина отсутствует третья водородная связь, что в свою очередь приводит к наблюдаемой дестабилизации дуплекса. Однако, в нашем случае теряется стабильность не только антипараллельного дуплекса, но и параллельного, в котором нет потери ни одной водородной связи. Для количественной характеристики кривых плавления была применена модель двух состояний, описанная в главе 3.4.1. Полученные термодинамические параметры образования таких дуплексов представлены в таблице 7.2. Термодинамические характеристики свидетельствуют о потере энтальпии образования дуплексов на 49 кДж параллельного и на 86 кДж антипараллельного дуплекса. Было сделано предположение, что такая дестабилизация может быть вызвана вьтетливанием Р из дуплексной структуры - тоесть потерей стэкинг контактов и всех водородных связей в возможной GP паре.

Похожие диссертации на Аналоги азотистых оснований как зонды необычных структур ДНК - рекомбинантного триплекса и параллельного дуплекса