<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2499-9962</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">54382</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF DNA IN REGULATORY SITES OF GENOMES, EPIGENETICS AND CANCEROGENESIS</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРНЫХ УЧАСТКОВ ГЕНОМА, ЭПИГЕНЕТИКА И КАНЦЕРОГЕНЕЗ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Нечипуренко</surname>
       <given-names>Ю Д</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Nechipurenko</surname>
       <given-names>Y D</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>nech99@mail.ru</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Ильичева</surname>
       <given-names>И А</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Il’icheva</surname>
       <given-names>I A</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>imb_irina@rambler.ru</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Абдуллаев</surname>
       <given-names>Э Т</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Abdullaev</surname>
       <given-names>E T</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-3"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Урошлев</surname>
       <given-names>Л А</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Uroshlev</surname>
       <given-names>L A</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-4"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Гроховский</surname>
       <given-names>С Л</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Grokhovsky</surname>
       <given-names>S L</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-5"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-3">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт молекулярной генетики им. Макса Планка</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Max Planck Institute for Molecular Genetics</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-4">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Vavilov Institute of General Genetics RAS</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-5">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences</institution>
     <country>ru</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2018-12-25T20:22:29+03:00">
    <day>25</day>
    <month>12</month>
    <year>2018</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2018-12-25T20:22:29+03:00">
    <day>25</day>
    <month>12</month>
    <year>2018</year>
   </pub-date>
   <volume>3</volume>
   <issue>4</issue>
   <fpage>884</fpage>
   <lpage>887</lpage>
   <history>
    <date date-type="received" iso-8601-date="2018-12-20T20:22:29+03:00">
     <day>20</day>
     <month>12</month>
     <year>2018</year>
    </date>
    <date date-type="accepted" iso-8601-date="2018-12-20T20:22:29+03:00">
     <day>20</day>
     <month>12</month>
     <year>2018</year>
    </date>
   </history>
   <self-uri xlink:href="https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54382/view">https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54382/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Ранее мы показали, что при облучении ДНК ультразвуком происходят множественные разрывы её цепей, причем их интенсивность зависит как от типа динуклеотидов, между которыми происходит разрыв, так и от окружающих место разрыва последовательностей. На основании данных гелевого электрофореза нами были получены оценки средних относительных частот расщепления каждого из 16-ти динуклеотидов ДНК, а также 256 тетрануклеотидов. Оказалось, что относительные частоты расщепления комплементарных динуклеотидов различаются. Чаще других расщепляются межнуклеотидные связи, следующие за цитозином, причем наиболее часто в динуклеотиде CpG. Частота расщеплений убывает в ряду d(CpG) &gt; d(CpA) &gt; d(CpT) &gt;&gt; d(CpC). Впоследствии мы показали, что эти соотношения очень близки соотношениям частот расщепления динуклеотидов геномной ДНК в процессе её фрагментирования при подготовке образцов к NGS-секвенированию. Мы связываем различие частот расщепления в разных позициях последовательности ДНК с различием интенсивности локальных конформационных движений, главным образом с особенностями псевдовращения фуранозного цикла. Мы пришли к выводу о существовании второго уровня кодирования информации молекулой ДНК - о существовании «конформационного кода». Анализ большого числа физических и структурных характеристик ДНК, усредненных по репрезентативным выборкам разных видов животных, растений и прокариот показал, что профили индексов, характеризующие расщепление ДНК ультразвуком имеют характерные свойства в области, которая соответствует у многоклеточных организмов последовательности между ТАТА боксом и началом сайта инициации транскрипции (TSS). Поскольку эти индексы несут информацию о конформационных движениях в отдельных нитях молекулы ДНК, можно утверждать, что интенсивность конформационных движений в комплементарных цепях на этих участках изменяется в противофазе вдоль оси двуспиральной молекулы. Наиболее выражены такие закономерности на профилях индексов расщепления в регуляторных областях ДНК из клеток млекопитающих. На интенсивность расщепления динуклеотида CpG влияет также метилирование цитозина по 5-му положению пиримидинового кольца. Мы оценили влияние метилирования цитозина на расщепление динуклеотидов в тканях человека, а также на расщепление динуклеотидов в CpG-островах в контрольных и раковых тканях (лимфоме и гепатокарциноме). Оказалось, что на участках скопления метилированных CpG-динуклеотидов геномная ДНК расщепляется значительно чаще, чем на аналогичных участках, но с низким уровнем метилирования. Более того, было установлено различие в расщеплении CpG-островов в раковых и контрольных образцах, и это также связано с различиями в уровне их метилирования. Поэтому появляется возможность выявления предракового состояния тканей на основании оценки частот расщепления CpG-островов различных клеточных линий по данным фрагментирования ДНК при NGS-секвенировании. Обнаруженные нами физико-химические свойства ДНК могут быть использованы как в теоретических исследованиях, так и при диагностике заболеваний.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>Earlier we have shown that ultrasound irradiation causes multiple breakages in DNA and cleavage intensities in different positions of sugar-phosphate chains depend on dinucleotide types and the surrounding sequence. The relative intensities of cleavage of the central phosphodiester bond in 16 dinucleotides and 256 tetranucleotides were determined on the data of polyacrylamide gel electrophoresis. We observed a remarkable enhancement of the mean values of the relative intensities of cleavage (cleavage rates) in phosphodiester bonds following deoxycytidine, which diminished in the row of dinucleotides: d(CpG) &gt; d(CpA) &gt; d(CpT) &gt;&gt; d(CpC).The cleavage rates for all pairs of complementary dinucleotides were significantly different from each other. Subsequently, we showed that the frequencies of dinucleotides cleavage of genomic DNA in the process of its fragmentation during NGS sequencing is very close to our cleavage rates, obtained earlier. These differences in cleavage intensity in different positions of DNA sequence may be caused by the differences of local conformational motions, mainly with singularities of pseudorotation of the furanose cycle. Thus, we came to the conclusion that there is a second level of information coding by a DNA molecule - the existence of a “conformational code”. Analysis of a large number of physical and structural characteristics of DNA averaged over representative samples of different species of animals, plants and prokaryotes has shown that the index profiles characterizing DNA cleavage by ultrasound have characteristic properties in the areas that corresponds to region between the TATA box and the beginning of the transcription initiation site (TSS) in multicellular organisms. Since these indices carry information on conformational motions in individual strands of the DNA molecule, it can be asserted that the intensity of the conformational motions of the complementary chains in these regions varies in antiphase along the axis of the double-helix molecule. The most pronounced is this type of index profiles in the regulatory regions of DNA from mammalian cells. The intensity of cleavage of the CpG dinucleotide is also affected by the methylation of the cytosine at the 5-position of the pyrimidine ring. We evaluated the effect of methylation of cytosine on the cleavage of dinucleotides in human tissues, as well on the cleavage of CpG islands in control and cancer tissues (lymphoma and hepatocarcinoma). It turned out that on the sites of methylated CpG-dinucleotide clustering, genomic DNA is cleaved much more often than in similar sites, but with a low level of methylation. Moreover, a difference in the cleavage of CpG islands in cancer and control samples was established, and this is also due to differences in the level of their methylation. Therefore, it is possible to identify the precancerous state of tissues based on an estimate of the cleavage frequencies of CpG islands of different cell lines from DNA fragmentation data in NGS sequencing. The physical and chemical properties of DNA discovered by us can be used, both in theoretical studies and in the diagnostics of diseases.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>локальная структура и конформация ДНК</kwd>
    <kwd>специфичное к последовательности расщепление ДНК ультразвуком</kwd>
    <kwd>промоторы РНК полимеразы II</kwd>
    <kwd>метилирование оснований ДНК</kwd>
    <kwd>эпигенетика</kwd>
    <kwd>канцерогенез</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>Local DNA structure and conformation</kwd>
    <kwd>sequence-specific ultrasonic cleavage</kwd>
    <kwd>RNA polymerase II promoter sequences</kwd>
    <kwd>methylation of heterocyclic basis in DNA</kwd>
    <kwd>epigenetics</kwd>
    <kwd>cancerogenesis</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p></p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Гроховский С.Л. Молекулярная биология, 2006, т. 40, с. 317-325. [Grokhovsky S.L. Molecular biology, 2006, vol. 40, pp. 317-325. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Grohovskiy S.L. Molekulyarnaya biologiya, 2006, t. 40, s. 317-325. [Grokhovsky S.L. Molecular biology, 2006, vol. 40, pp. 317-325. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Гроховский С.Л., Ильичева И.А., Нечипуренко Д.Ю., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Нечипуренко Ю.Д. Биофизика, 2008, т. 53, с. 417-425. [Grokhovsky S.L. [et al.] Biophysics, 2008, vol. 53, pp. 417-425. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Grohovskiy S.L., Il'icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Yu.D. Biofizika, 2008, t. 53, s. 417-425. [Grokhovsky S.L. [et al.] Biophysics, 2008, vol. 53, pp. 417-425. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D. Biophysical Journal, 2011, vol. 100, no. 1, pp. 117-125.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D. Biophysical Journal, 2011, vol. 100, no. 1, pp. 117-125.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Нечипуренко Ю.Д., Головкин М.В., Нечипуренко Д.Ю., Ильичева И.А., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Гроховский С.Л. Журнал структурной химии, 2009, т. 50, с. 1040-1047. [Nechipurenko Yu.D. [et al] J. Strukt. Khimii, 2009, vol. 50, pp. 1040-1047. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Nechipurenko Yu.D., Golovkin M.V., Nechipurenko D.Yu., Il'icheva I.A., Panchenko L.A., Polozov R.V., Grohovskiy S.L. Zhurnal strukturnoy himii, 2009, t. 50, s. 1040-1047. [Nechipurenko Yu.D. [et al] J. Strukt. Khimii, 2009, vol. 50, pp. 1040-1047. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Grokhovsky S., Il’icheva I., Nechipurenko D., Golovkin M., Taranov G., Panchenko L., Polozov R., Nechipurenko Yu. in Gel Electrophoresis - Principles and Basics, Dr. Sameh Magdeldin (Ed.), ISBN: 978-953-51-0458-2, InTech. 2012.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Grokhovsky S., Il’icheva I., Nechipurenko D., Golovkin M., Taranov G., Panchenko L., Polozov R., Nechipurenko Yu. in Gel Electrophoresis - Principles and Basics, Dr. Sameh Magdeldin (Ed.), ISBN: 978-953-51-0458-2, InTech. 2012.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Yu.D. Advances in Engineering Research, 2014, vol. 8. pp. 213-236. ISSN: 2163-3932. ISBN: 978-1-63321-282-4.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Yu.D. Advances in Engineering Research, 2014, vol. 8. pp. 213-236. ISSN: 2163-3932. ISBN: 978-1-63321-282-4.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Нечипуpенко Д.Ю., Ильичева И.А., Xодыков М.В., Попцова М.C., Нечипуpенко Ю.Д., Гpоxовcкий C.Л. Биофизика, 2014, т. 59, с. 1061-1070. [Nechipurenko D.Yu. [et al.] Biophysics, 2014, vol. 59, pp. 1061-1070. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Nechipupenko D.Yu., Il'icheva I.A., Xodykov M.V., Popcova M.C., Nechipupenko Yu.D., Gpoxovckiy C.L. Biofizika, 2014, t. 59, s. 1061-1070. [Nechipurenko D.Yu. [et al.] Biophysics, 2014, vol. 59, pp. 1061-1070. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Poptsova M.S., Il'icheva I.A., Nechipurenko D.Y., Panchenko L.A., Khodikov M.V., Oparina N.Y., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D., Grokhovsky S.L. Sci Rep., 2014, vol. 4, pp. 4532.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Poptsova M.S., Il'icheva I.A., Nechipurenko D.Y., Panchenko L.A., Khodikov M.V., Oparina N.Y., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D., Grokhovsky S.L. Sci Rep., 2014, vol. 4, pp. 4532.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Нечипуренко Ю.Д., Нечипуренко Д.Ю., Ильичева И.А., Головкин М.В., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Гроховский С.Л. Компьютерные исследования и моделирование, 2010, т. 2, с. 419-428. [Nechipurenko Yu.D. [et al.] J. Computer Res. and Modelling, 2010, vol. 2, pp. 419-428. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Nechipurenko Yu.D., Nechipurenko D.Yu., Il'icheva I.A., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Grohovskiy S.L. Komp'yuternye issledovaniya i modelirovanie, 2010, t. 2, s. 419-428. [Nechipurenko Yu.D. [et al.] J. Computer Res. and Modelling, 2010, vol. 2, pp. 419-428. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Il’icheva I.A., Khodikov M.V., Poptsova M.S., Nechipurenko D.Yu., Nechipurenko Yu.D., Grokhovsky S.L. BMC genomics, 2016, vol. 17, p. 973.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Il’icheva I.A., Khodikov M.V., Poptsova M.S., Nechipurenko D.Yu., Nechipurenko Yu.D., Grokhovsky S.L. BMC genomics, 2016, vol. 17, p. 973.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Нечипуренко Ю.Д., Ильичева И.А., Попцова М.С., Гроховский С.Л. Физико-химические свойства ДНК в регуляторных участках генома. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2017, т. 2, c. 339-341 [Nechipurenko Y.D., Il’icheva I.A., Poptsova M.S., Grokhovsky S.L.Physico-chemical properties of DNA in regulatory sites of the genome. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2017, vol. 2, pp. 339-341. (In Russ.)]</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Nechipurenko Yu.D., Il'icheva I.A., Popcova M.S., Grohovskiy S.L. Fiziko-himicheskie svoystva DNK v regulyatornyh uchastkah genoma. Aktual'nye voprosy biologicheskoy fiziki i himii, 2017, t. 2, c. 339-341 [Nechipurenko Y.D., Il’icheva I.A., Poptsova M.S., Grokhovsky S.L.Physico-chemical properties of DNA in regulatory sites of the genome. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2017, vol. 2, pp. 339-341. (In Russ.)]</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
