Введение к работе
Актуальность проблемы. Вопрос о том, могут ли образовываться структуры ДНК; с-; |гараллельной ориентацией сахарофосфатных цепей, возник сразу после I сообщения Уотсона и Крика о строении ДНК. Вначале споры велись о том, какая !ЗІШІШіі*увляется верной - с параллельными или антипараллелышмк нитями. Однозначное доказательство антипараллельности нитей было получено в 1961 г. Дхоссе и соавт. Затем всесторонне изучали "канонические" А- и В-формы ДНК. Со временем нарастал интерес к иным формам, которые, отличаясь от канонических, могли бы играть роль в биохимических процессах.
После того ках было показано, что химически модифицированные олиго-нуклеотиды (либо природные, но в условиях, далеких от физиологических) могут образовывать дуплексы с параллельным направлением цепей (параллельные дуплексы), возних вопрос, существуют ли в условиях, близких к физиологическим, природные олигодезоксирибонуклеотиды, образующие дуплексы с параллельной ориентацией цепей. Немалую роль в увеличении интереса к этому вопросу сыграла работа Паттабирамана, который предложил непротиворечивую пространственную структуру двойной спирали с параллельными нитями.
Начав наше исследование с доказательства существования параллельной спирали с АТ-спариванием оснований, мы перешли к более детальному изучению параллельных спиралей, сосредоточив основные усилия на конформационном анализе. Такое исследование позволяет выявить структурные и термодинамические различия параллельных и ангипараллельных спиралей. С другой стороны, появляется основа для понимания особенностей строения как тройных спиралей, так и других комплексов с более чем двумя нитями, среди которых обязательно присутствуют две нити с параллельной ориентацией.
Цель работы состояла а решении следующих задач:
-
Разработка алгоритмов, позволяющих производить поиск оптимальных конформациа ДНК для различных вариантов спаривания оснований с произвольной ориентацией цепей.
-
Конформационный анализ параллельных спиралей ДНК с учетом различных вариантов регулярности последовательности оснований.
-
Изучение участия параллельных спиралей в образовании четырехцепочеч-ных структур.
-
Конформационный анализ четырехцепочечных спиральных комплексов ДНК.
-
Выбор моделей и подготовка программ для расчета термодинамики образования структур ДНК с параллельной и антипараллельной ориентацией сахарофосфатных остовов.
1-І
-
Сопоставление результатов конформационного анализа с полученными ранее экспериментальными данными о влиянии связывания лигандов на образование структур ДНК с параллельной ориентацией сахарофосфатиых остовов.
-
Анализ частоты встречаемости в банке природных нуклеотидных последовательностей регулярных участков, склонных к образованию различных неканонических структур.'
Научная новизна и практическая ценность. Проведенное всестороннее изучение образования параллельных спиралей существенно расширило представления о «информационных возможностях ДНК. При этом было выяснено, что существенно различаются основные геометрические и термодинамические особенности образования антипараллельных и параллельных структур.
Проведенный конформационный анализ структур с параллельной ориентацией цепей является основой для постановки последующих экспериментов н их интерпретации.
Полученные данные о ДНК с параллельной ориентацией цепей оказываются важной составной частью понимания структурных особенностей комплексов ДНК. Это в первую очередь относится как к активно изучаемым в настоящее время во многих лабораториях мира тронным спиралям, так и х четверным спиралям, интерес к которым в последнее время все возрастает. Настоящая работа предоставляет уникальную информацию о состоянии параллельных нитей, входящих в эти комплексы.
Данное исследование показывает, что большего внимания заслуживают структуры, отличающиеся от канонических, так как они могут исполнять существенные функции, обеспечивающие ряд специфических особенностей различных участков ДНК. Полученные результаты указывают на то, что следует внимательнее и с разных точек зрения посмотреть ва те участки генома, которые способны образовывать неканонические структуры.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ряде семинаров ИМБ и ИМГ РАН, на Всесоюзном рабочем совещании по органической химии дуплексов нуклеиновых кислот (Киев, 1989 г.>, на Расширенной научной сессии "Конформации и функции биологических молекул" (Рига, 1989 г.), на Советско-итальянском симпозиуме "Макромолекулы в функционирующей клетке" (Катания, 1990 г.), на Всесоюзной конференции по конформациям биополимеров в растворе (Тбилиси, 1990 г.), на Всесоюзных Эигельгардтовских чтениях (Москва, 1990 г), на советско-индийском симпозиуме (Дели, 1990 г.), на симпозиуме по проблемам синтетических олитонуклеотидов (Москва, 1991 г. ).
Структура работы. Диссертация изложена в настоящей работе в форме намного доклада, содержит 7 таблиц и 14 рисунков. По материалам диссертации >пу6ликоваиа 21 работа.