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) > d(CpA) > d(CpT) >> 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.
локальная структура и конформация ДНК, специфичное к последовательности расщепление ДНК ультразвуком, промоторы РНК полимеразы II, метилирование оснований ДНК, эпигенетика, канцерогенез
1. Гроховский С.Л. Молекулярная биология, 2006, т. 40, с. 317-325. [Grokhovsky S.L. Molecular biology, 2006, vol. 40, pp. 317-325. (In Russ.)]
2. 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.)]
3. 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.
4. 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.)]
5. 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.
6. 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.
7. 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.)]
8. 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.
9. 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.)]
10. 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.
11. 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.)]
