Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Пространственная структура двойной спирали ДНК зависит от ее
лслеотидной последовательности, условий среды и взаимодействий с другими
элекулами. Детальные сведения о конформационных возможностях фрагментов
зиродной и модифицированной под влиянием разных воздействий ДНК важны
ія понимания молекулярных механизмов многих биологических процессов. Сотни
ібот посвящены экспериментальному изучению пространственной структуры
іигонуклеотидньїх дуплексов. Исследование каждого дуплекса методами ЯМР в
істворе или рентгеноструктурного анализа в кристаллах представляет собой
дельную трудоемкую задачу. И не для всех дуплексов, особенно дуплексов с
эдифицированными основаниями, удается получить надежные
:спериментальные данные. Поэтому применение компьютерного моделирования ія теоретического предсказания конформационных возможностей и построение > ограниченным экспериментальным данным пространственных моделей рагментов природных и модифицированных нуклеиновых кислот представляет )бой актуальную задачу современной молекулярной биофизики. Для этого в ізньіх лабораториях успешно применяется ряд компьютерных программ, многие s которых требуют больших компьютерных ресурсов и рассчитаны на работу с эбыми типами молекул. Для систематического исследования олигонуклеотидных 'плексов с учетом экспериментальных данных требовалось разработать гециализированную компьютерную программу, предоставляющую возможность ненаправленно изменять конформационные переменные, и ориентированную на >ступные ресурсы ЭВМ.
Диссертация посвящена разработке такой программы, ее применению для очнения структур в соответствии с экспериментальными данными и следованию конформационных возможностей чередующихся пурин-іримидиновьіх последовательностей.
Цели работы.
1) Разработка новой компьютерной программы для исследования
«формационных возможностей олигонуклеотидных дуплексов в пространстве
габщенных структурных переменных, а также для уточнения их структуры в
ютветствии с экспериментальными данными, представленными набором
эжпротонных расстояний. Для программы предполагалось усовершенствовать
ігоритм, предложенный ранее (Хуторский и Полтев, Биофизика, 1976), для
(шения нового круга задач, существенно увеличить размеры рассматриваемых
'плексов и повысить эффективность вычислений, заменив численное вычисление
юизводных аналитическим градиентом.
2) Исследование конформаций дуплекса с нуклеотидной парой
8-оксигуанин:аденин (OG:A). Поиск низкоэнергетических конформаций этого
дуплекса, согласующихся с экспериментальными данными; исследование влияния соседних с модифицированной парой оснований на соотношение конформеров с разными конфигурациями пары.
3) Исследование конформационных возможностей олигонуклеотидных дуплексов с чередующимися пурин-пиримидиновыми последовательностями в диапазонах значений структурных переменных, характерных для А- и В-семейств конформаций. Поиск связей между параметрами при конформационных изменениях внутри семейств. Выявление возможных путей изменения параметров при В-А переходе.
Научная новизна исследования.
Впервые разработана компьютерная программа для теоретического конформационного анализа в пространстве обобщенных структурных переменных, сочетающая в себе наличие замкнутых циклов, в которых одни информационные переменных вычисляются через другие, и аналитический градиент.
Впервые найдены протяженные области низкоэнергетических В-конформаций дуплексов с чередующимися пурин-пиримидиновыми последовательностями, характеризующиеся различными для двух степов соотношениями значений углов спирального вращения, расстояний между центрами пар вдоль оси спирали и различными сочетаниями конформаций Сахаров пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
Исследованы протяженные области низкоэнергетических А-конформаций таких дуплексов, характеризующиеся различными соотношениями углов спирального вращения двух степов.
Впервые выявлены два конформационных параметра, последовательное или одновременное изменение которых приводит к В-А переходу. Описаны структуры, для которых значения одной части параметров характерны для А-семейства, а другой части - для В-семейства конформаций.
Практическая ценность работы.
Разработанная компьютерная программа CONAN может быть использована для предсказания конформационных возможностей фрагментов нуклеиновых кислот с заданной нуклеотидной последовательностью, содержащих как природные, так и модифицированные основания, и для уточнения их пространственной структуры в соответствии с экспериментальными данными. Выявленные конформационные возможности пурин-пиримидиновых и пиримидин-пуриновых степов могут быть использованы при построении моделей их взаимодействия с белком, а также моделей взаимодействия других биомолекул с разными нуклеотидными последовательностями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах ИМПБ Н, на VII конференции по спектроскопии биополимеров в Харькове (1991г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей и 1 тезисы клада.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, іводов, списка литературы из 1JJ0 наименований. Содержание работы изложено /^страницах, включая 22. рисунков и 20 таблиц.