Preview

Вестник Московского университета. Серия 16. Биология

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование влияния однонитевого разрыва на механические параметры ДНК методом молекулярной динамики

Полный текст:

Аннотация

Раннее обнаружение и восстановление поврежденной ДНК имеет важное значение для функционирования и выживания клеток. Недавно предложенный механизм формирования внутринуклеосомных петель предполагает релаксацию сверхспирализации ДНК, накопленной при транскрипции через поврежденный хроматин. На степень спирализации ДНК влияют механические свойства и структура двойной спирали. В данной работе мы исследовали влияние введения однонитевого разрыва на механические свойства фрагмента ДНК методом молекулярной динамики. Был сделан вывод о том, что введение однонитевого разрыва приводит к снижению жесткости и повышению эластичности поврежденной, по сравнению с интактной, молекулы ДНК, что может привести к ослаблению сверхспирализации дефектной ДНК и к остановке фермента РНК-полимеразы.

Об авторах

О. И. Волох
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Волох Олеся Игоревна – канд. биол. наук, науч. сотр. кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.: 8-495-939-57-38



Г. А. Армеев
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Армеев Григорий Алексеевич - канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.: 8-495-939-57-38;



Е. С. Трифонова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Трифонова Елизавета Сергеевна - инж. кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.: 8-495-939-57-38



О. С. Соколова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Соколова Ольга Сергеевна - докт. биол. наук, доц. кафедры биоинженерии биологического факультета

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.: 8-495-939-57-38



Список литературы

1. Klein H.L., Bačinskaja G., Che J., et al. Guidelines for DNA recombination and repair studies: Cellular assays of DNA repair pathways // Microb. Cell. 2019. Vol. 6. N 1. P. 1–64.

2. Higo T., Naito A., Sumida T., et al. DNA singlestrand break-induced DNA damage response causes heart failure // Nat. Commun. 2017. Vol. 8: 15104.

3. Lindahl T. Instability and decay of the primary structure of DNA // Nature. 1993. Vol. 362. N 6422. P. 709–715.

4. Kulaeva O., Gaykalova D., Pestov N., Golovastov V., Vassylyev D., Artsimovitch I., Studitsky V. Mechanism of chromatin remodeling and recovery during passage of RNA polymerase II // Nat. Struct. Mol. Biol. 2009. Vol. 16. N 12. P. 1272–1278.

5. Gaykalova D.A., Kulaeva O.I., Volokh O., Shaytan A.K., Hsieh F.K., Kirpichnikov M.P., Sokolova O.S., Studitsky V.M. Structural analysis of nucleosomal barrier to transcription // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2015. Vol. 112. N 43. P. E5787–E5795.

6. Gerasimova N.S., Pestov N. A., Kulaeva O.I., Nikitin D.V., Kirpichnikov M.P., Studitsky V.M. Repair of chromatinized DNA // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2015. Vol. 70. N 3. P. 122–126.

7. Pestov N.A., Gerasimova N.S., Kulaeva O.I., Studitsky V.M. Structure of transcribed chromatin is a sensor of DNA damage // Sci. Adv. 2015. Vol. 1. N 6: e1500021.

8. van der Spoel D., Lindahl E., Hess B., the GROMACS development team. GROMACS User Manual version 4.6.5. 2013.

9. Lindorff-Larsen K., Piana S., Palmo K., Maragakis P., Klepeis J.L., Dror R.O., Shaw D.E. Improved side-chain torsion potentials for the Amber ff99SB protein force field // Proteins. 2010. Vol. 78. N 8. P. 1950–1958.

10. Berendsen H.J.C., Grigera J.R., Straatsma T.P. The missing term in effective pair potentials // J. Phys. Chem. 1987. Vol. 91. N 24. P. 6269–6271.

11. Levitt M., Hirshberg M., Sharon R., Daggett V. Potential energy function and parameters for simulations of the molecular dynamics of proteins and nucleic acids in solution // Comput. Phys. Commun. 1995. Vol. 91. N 1–3. P. 215–231.

12. Darden T.A., Pedersen L.G. Molecular modeling: an experimental tool // Environ. Health Perspect. 1993. Vol. 101. N 5 P. 410–412.

13. Goddard T.D., Huang C.C., Ferrin T.E. Visualizing density maps with UCSF Chimera // J. Struct. Biol. 2007. Vol. 157. N 1. P. 281–287.

14. Lu, X.-J., Shakked Z., Olson W.K. A-form conformational motifs in ligand-bound DNA structures // J. Mol. Biol. 2000. Vol. 300. N 4. P. 819–840.

15. Colasanti A.V., Lu X. J., Olson W.K. Analyzing and building nucleic acid structures with 3DNA // J. Vis. Exp. 2013. N 74: e4401.

16. Lu X. J., Olson W. K. 3DNA: a software package for the analysis, rebuilding and visualization of threedimensional nucleic acid structures // NAR. 2003. Vol. 31. N 17. P. 5108–5121.

17. Volokh O.I., Bozdaganyan M.E., Shaitan K.V. Assessment of the DNA-binding properties of actinomycin and its derivatives by molecular dynamics simulation // Biophysics. 2015. Vol. 60. N 6. P. 893–899.

18. Kumar R., Grubmüller H. do_x3dna: a tool to analyze structural fluctuations of dsDNA or dsRNA from molecular dynamics simulations // Bioinformatics. 2015. Vol. 31. N 15. P. 2583–2585.

19. Lankaš F., Šponer J., Langowski J., Cheatham T.E. DNA basepair step deformability inferred from molecular dynamics simulations // Biophys. J. 2003. Vol. 85. N 5. P. 2872–2883.

20. Olson W.K., Zhurkin V.B. Modeling DNA deformations // Curr. Opin. Struct. Biol. 2000. Vol. 10. N 3. P. 286–297.

21. Banáš P., Mládek, A., Otyepka, M., Zgarbová, M., Jurečka, P., Svozil, D., Lankaš F., Šponer, J. Can we accurately describe the structure of adenine tracts in B-DNA? Reference quantum-chemical computations reveal overstabilization of stacking by molecular mechanics // J. Chem. Theory Comput. 2012. Vol. 8. N 7. P. 2448–2460.

22. Cocco S., Marko J. F., Monasson R. Theoretical models for single-molecule DNA and RNA experiments: from elasticity to unzipping // C. R. Phys. 2002. Vol. 3. N 5. P. 569–584.

23. Marko J.F., Cocco S. 2003. The micromechanics of DNA // Phys World. 2003. Vol. 16. N 3. P. 37–41.

24. Bloom K.S. Beyond the code: the mechanical properties of DNA as they relate to mitosis // Chromosoma. 2008. Vol. 117. N 2. P. 103–110.

25. Sobell H.M. Actinomycin and DNA transcription // Proc. Natl. Acad. Sci. 1985. Vol. 82. N 16. P. 5328–5331.

26. Liu Y.F., Ran S.Y. Divalent metal ions and intermolecular interactions facilitate DNA network formation // Colloids Surf. B. 2020. Vol. 194: 111117.

27. Armeev G.A., Shaitan K.V., Shaitan A.K. Molecular dynamics study of the ionic environment and electrical characteristics of nucleosomes // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2015. Vol. 70. N. 4. P. 173–176.

28. Moiseenko A., Loiko N., Tereshkina K., Danilova Y., Kovalenko V., Chertkov O., Feofanov A.V., Krupyanskii Yu.F., Sokolova O.S. Projection structures reveal the position of the DNA within DNA-Dps Co-crystals // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2019. Vol. 517. N 3. P. 463–469.

29. Jiang Y., Zhang H., Feng W., Tan T. Refined dummy atom model of Mg2+ by simple parameter screening strategy with revised experimental solvation free energy // J. Chem. Inf. Model. 2015. Vol. 55. N 12. P. 2575–2586.

30. Bondarenko V., Steele L., Ujvari A., Gaykalova D., Kulaeva O., Polikanov Y., Luse D., Studitsky V. Nucleosomes can form a polar barrier to transcript elongation by RNA polymerase II // Mol. Cell. 2006. Vol. 24. N 3. P. 469–479.

31. Hsieh F.K., Fisher M., Ujvari A., Studitsky V., Luse D. Histone Sin mutations promote nucleosome traversal and histone displacement by RNA polymerase II // EMBO Rep. 2010. Vol. 11. N 9. P. 705–710.

32. Kulaeva O., Gaykalova D., Pestov N., Golovastov V., Vassylyev D., Artsimovitch I., Studitsky V. Mechanism of chromatin remodeling and recovery during passage of RNA polymerase II // Nat. Struct. Mol. Biol. 2009. Vol. 16. N 12. P. 1272–1278.

33. Sadovnichy V., Tikhonravov A., Voevodin V., Opanasenko V. “Lomonosov”: Supercomputing at Moscow State University // Contemporary high performance computing: from petascale toward exascale / Ed. S.V. Jeffery. Boca Raton: CRC Press, 2013. P. 283–307.


Для цитирования:


Волох О.И., Армеев Г.А., Трифонова Е.С., Соколова О.С. Исследование влияния однонитевого разрыва на механические параметры ДНК методом молекулярной динамики. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2020;75(3):164-169.

For citation:


Volokh O.I., Armeev G.A., Trifonova E.S., Sokolova O.S. Investigation of the effect of a single-strand break on the mechanical parameters of DNA by molecular dynamics method. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2020;75(3):164-169. (In Russ.)

Просмотров: 97


ISSN 0137-0952 (Print)