Введение к работе
Актуальность проблемы
Образование трехцепочечньтх спиралей впервые было обнаружено Фельзен-фельдом и соавт. 40 лет назад. Позже были описаны две различные формы трех-нитчатой ДНК, отличающиеся направлением сахарофосфатного остова хугстинов-ской цепи и идентичной ей цепи уотсон-криковского дуплекса: антипараллельные и параллельные тригогексы.
Особое внимание триплексные формы нуклеиновых кислот привлекли к себе в связи с поисками агентов для геннанравленных воздействий на ДНК: создание адресуемых редкощепящих рестриктаз, специфического подавления экспрессии генома, направленного введения меток, выделения конкретных молекул ДНК из смеси и т.д. Прогресс в применении триплексов во многом может стимулироваться исследованием детального строения этих структур с помощью расчетных методов.
Цель и задачи исследования
Данная работа посвящена исследованию строения гексамерных фрагментов триплексов следующего состава: dA-dT:dT с антипараллельной и параллельной ориентацией тиминовых цепей и dA-dT:dC с антипараллельной и параллельной ориентацией гшримидиновых цепей.
Первой стоящей перед нами задачей было построение стартовых моделей и выбор стратегии процесса оігтимизации конформационной энергии молекул. Далее велись молекулярно-динамические расчеты на наносекундных траекториях исследуемых фрагментов триплексов с целью исследовать поверхность потенциальной энергии вышеперечисленных гексамерных фпагментов.
Научная новизна и практическая ценность работы
Известно, что трехцепочечные ДНК могут существовать в живых клетках. Гомопурин-гомопиримидиновые последовательности широко распространены в эукариотических геномах. Исследования in vitro показали, что искусственно созданные олигонуклеотиды образуют с ними антипараллельные триплексы с высоким уровнем специфического узнавания, что позволяет проводить эксперименты с целью создания агентов, узнающих заданные последовательности двойной спирали ДНК.
Прогресс в применении триплексов во многом зависит от детального знания их структуры и влияния на нее внешних условий. Длительное время представления о структуре триплексов основывались исключительно на первых ренттеноструктур-ных работах Арнотта, которым была предложена конформационная модель, напоминающая по своим характеристикам А-форму ДНК. Вплоть до начала 90-х годов никаких новых результатов в этом направлении получено не было, хотя старая модель противоречила множеству накопленных экспериментальных данных.
Сравнительно недавно, на основе расчетных данных, была предложена новая модель, конформация всех трех цепей которой одинакова и близка к конформации В-формы ДНК. Другие работы продемонстрировали существенную гетерогенность
конформации триллексов и возможность сосуществования СУ-эндо- и СТ-эндо-форм Сахаров в разных цепях. Значительный успех в разрешении структуры триллексов, достигнутый за последние время, связан с применением расчетных методов, а также комбинации их с ЯМР.
В данной работе с помощью молекулярно-динамических расчетов на наносе-кундных траекториях исследована поверхность потенциальной энергии различных гексамерных фрагментов триллексов. Определены доминирующие в равновесной смеси популяции ДНК, пределы допустимых изменений внутренних параметров и отвечающие им характеристики спиральных преобразований. Определены закономерности, управляющие взаимно скоррелированными движениями атомов. Приведены параметры структуры с низкой энергией, отвечающие как регулярным, так и нерегулярным спиралям. Описаны характерные межцепные взаимодействия, способные вызывать локальные N<->S переходы в отдельных участках спирали, и влияние на эти взаимодействия эффективных зарядов на фосфатных группах. На основании полученных данных высказано предположение о характере зависимости конформационных параметров триллексов от степени экранирования фосфатов в растворе.
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на Международном Симпозиуме (Thirty-fourth Sanibel Symposium, Florida, 1994), на конкурсе научных работ ИМБ РАН в 1995 году (П-я премия). По материалам диссертации опубликовано четыре работы и одна принята в печать.
Объем и структура диссертации