Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54544 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике Genome cascade of T7 bacteriophage: stress-induced duplex destabilization implication (SIDD) Геномный каскад промоторов бактериофага Т7: участие вызванной суперспиральностью дестабилизации дуплекса ДНК (SIDD) Орлов М А Orlov M A orlovmikhailanat@gmail.com Джелядин Т Р Dzhelyadin T R Сорокин А А Sorokin A A Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН» ru Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences ru Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН» ru Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences ru Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН» ru Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences ru 25 09 2020 25 09 2020 5 3 412 414 20 09 2020 20 09 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54544/view

В данной работе рассмотрено значение вызванной суперспиральностью дестабилизации дуплекса ДНК (Stress-induced Duplex Destabilization, SIDD) промоторов бактерифага Т7 в регуляции экспрессии его геномного каскада. Ранее для этого физического параметра ДНК показано участие в функционировании ряда областей геномной регуляции, включая промоторы Т7. Действительно, исключительно короткие (~20 нуклеотидов) последовательности нативных промоторов Т7 не могут обьяснить высокоспецифичное настраиваемое (изменяется со сменой фаз жизненного цикла) связывание этих промоторов Т7-РНК-полимеразой. Они слишком близки по последовательности - в ряде случаев и вовсе совпадающей. Естественно предполагать дополнительное участие другого типа кодирования такого молекулярного узнавания - физическими свойствами ДНК. Такие свойства напрямую определяют взаимодействия биомолекул и косвенно кодируются первичной структурой ДНК (что затрудняет их однозначное отнесение к фенотипу либo генотипу). Здесь мы применили расчет с последовательным изменением параметров (температура, ионная сила и суперспиральной плотности) профиля SIDD для всего генома бактериофага T7. Показано, что промоторные области более ранних областей геномного каскада более легкоплавки, что может служить для регуляции экспрессии генов и дифференциального узнавания разных промоторов.

Here we address Stress-Induced DNA Duplex Destabilization (SIDD) for T7 bacteriophage promoters genome cascade regulation. Earlier the DNA parameter was shown to affect functioning several kinds of regulatory regions including T7 promoters. Indeed, this rather short (ca. 20 nucleotides) sequences of native promoters in T7 genome cannot explain how exactly they are recognised by T7-RNA-polymerase in a highly specific and adjustable manner. They are not long enough and similar in sequence - that sometimes even shared. Reasonable explanation here is that some additional kind of coding, e.g. by DNA physical properties. These govern biomolecular interaction directly while also encoded by DNA primary sequence - fact posing question whether they are phenotype or genotype. Here we calculated whole-genome profiles for T7 bacteriophage with gradually changing parameters (temperature, ionic strength, and superhelical density). As a result we see that early regions of the genome are destabilized more easily which might be involved in regulation of gene expression as well as differential recognition of promoters.

 геномика физика ДНК SIDD промотор бактериофаг Т7 genomics DNA physics SIDD promoter bacteriophage Т7

Ryasik A., Orlov M., Zykova E., Ermak T., Sorokin A. Bacterial promoter prediction: Selection of dynamic and static physical properties of DNA for reliable sequence classification. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2018, vol. 16(1), p. 1840003. DOI: 10.1142/s0219720018400036. Ryasik A., Orlov M., Zykova E., Ermak T., Sorokin A. Bacterial promoter prediction: Selection of dynamic and static physical properties of DNA for reliable sequence classification. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2018, vol. 16(1), p. 1840003. DOI: 10.1142/s0219720018400036. Сорокин А.А., Джелядин Т.Р., Орлов М.А., Зыкова Е.А., Камзолова С.Г. Пространственная организация электростатических взаимодействий Т7 РНК-полимеразы с поздними промоторами Т7 ДНК. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им Ю.А. Овчинникова, 2016, т. 12, № 4, с. 64-71. Sorokin A.A., Dzhelyadin T.R., Orlov M.A., Zykova E.A., Kamzolova S.G. Prostranstvennaya organizaciya elektrostaticheskih vzaimodeystviy T7 RNK-polimerazy s pozdnimi promotorami T7 DNK. Vestnik biotehnologii i fiziko-himicheskoy biologii im Yu.A. Ovchinnikova, 2016, t. 12, № 4, s. 64-71. Zhabinskaya D., Madden S., Benham C.J. SIST: stress-induced structural transitions in superhelical DNA. Bioinformatics, 2014, vol. 31 (3), 421-422. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu657. Zhabinskaya D., Madden S., Benham C.J. SIST: stress-induced structural transitions in superhelical DNA. Bioinformatics, 2014, vol. 31 (3), 421-422. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu657. Орлов М.А., Камзолова С.Г., Рясик А.А., Зыкова Е.А., Сорокин А.А. Профили вызванной суперспирализацией дестабилизации дуплекса ДНК (SIDD) для промоторов бактериофага T7. Компьютерные исследования и моделирование, 2018, т. 10, № 6, с. 867-878. Orlov M.A., Kamzolova S.G., Ryasik A.A., Zykova E.A., Sorokin A.A. Profili vyzvannoy superspiralizaciey destabilizacii dupleksa DNK (SIDD) dlya promotorov bakteriofaga T7. Komp'yuternye issledovaniya i modelirovanie, 2018, t. 10, № 6, s. 867-878. Orlov M.A., Ryasik A.A., Sorokin A.A. Destabilization of the DNA Duplex of Actively Replicating Promoters of T7-Like Bacteriophages. Molecular Biology, 2018, vol. 52(5), pp. 686-692. DOI: 10.1134/s0026893318050114. Orlov M.A., Ryasik A.A., Sorokin A.A. Destabilization of the DNA Duplex of Actively Replicating Promoters of T7-Like Bacteriophages. Molecular Biology, 2018, vol. 52(5), pp. 686-692. DOI: 10.1134/s0026893318050114. Orlov M.A., Sorokin A.A. DNA sequence, physics, and promoter function: Analysis of high-throughput data On T7 promoter variants activity. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2020, vol. 18 (2), p. 2040001. DOI: 10.1142/s0219720020400016. Orlov M.A., Sorokin A.A. DNA sequence, physics, and promoter function: Analysis of high-throughput data On T7 promoter variants activity. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 2020, vol. 18 (2), p. 2040001. DOI: 10.1142/s0219720020400016.