В течение последних десяти лет работы в области ЯМР ДНК позволили регистрировать не только канонические Уотсон-Криковские пары в ДНК, но и существующие несколько миллисекунд неканонические пары. Оказалось, что почти все возможные способы, которыми можно соединить нуклеотиды, реализуются при физиологических условиях в обычной ДНК. Мы проанализировали свойства неканонических пар оснований ГЦ и их связь с механохимическим расщеплением ДНК. Предложена гипотеза об участии переходных воббл пар оснований ГЦ (GC wobble) в механизмах механохимического расщепления ДНК и эпигенетических процессах с участием 5-метилцитозина. Гипотеза объясняет увеличение частоты разрывов сахарофосфатного остова ДНК после цитозинов, асимметричный характер этих разрывов и увеличение частоты разрывов CpG после метилирования цитозина. Эпигенетические свойства 5-гидроксиметил-цитозина, 5-формилцитозина и N4-метилцитозина также находят своё объяснение в рамках нашей гипотезы. Появляется представление о том, что регуляторные белки узнают не метильную группу на цитозине, а гораздо более масштабное искажение структуры ДНК, вызванное GC wobble парой. GC wobble пара позволяет объяснить повышенную частоту дезаминирования цитозина, то есть высокую частоту мутаций в регуляторных участках.
эпигенетика, GC воббл пары ДНК, механохимическое расщепление ДНК, таутомерия цитозина, переходные неканонические пары оснований
1. Nikolova E.N., Goh G.B., Brooks C.L., Al-Hashimi H.M. Characterizing the Protonation State of Cytosine in Transient G•C Hoogsteen Base Pairs in Duplex DNA. J. Am. Chem. Soc., 2013, vol. 135, no. 6766-6769. DOI:https://doi.org/10.1021/ja400994e.
2. Rangadurai A., Kremser J2., Shi H., Kreutz C., Al-Hashimi H.M. Direct evidence for (G)O6•••H2-N4(C)+ hydrogen bonding in transient G(syn)-C+ and G(syn)-m5C+ Hoogsteen base pairs in duplex DNA from cytosine amino nitrogen off-resonance R1ρ relaxation dispersion measurements. J Magn Reson., 2019, vol. 308, p. 106589.
3. Гроховский С.Л. Специфичность расщепления ДНК ультразвуком. Молекуляр. Биология, 2006, т. 40, с. 317. @@Grokhovskiĭ S.L. The specific cleavage of DNA with ultrasound. Molekuliarnaia biologiia, 2006, vol. 40, pp. 317-325. (In Russ.)
4. Гроховский С.Л., Ильичева И.А., Нечипуренко Д.Ю., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Нечипуренко Ю.Д. Локальные неоднородности структуры и динамики двухспиральной ДНК: исследование при помощи ультразвука. Биофизика, 2008, т. 53, с. 417-425. @@Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Y., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D. Ultrasonic cleavage of DNA: quantitative analysis of sequence specificity. Biophysics, 2008, vol. 53, p. 250.
5. Нечипуренко Ю.Д., Головкин М.В., Нечипуренко Д.Ю., Ильичева И.А., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Гроховский С.Л. Характерные особенности расщепления ДНК ультразвуком. Журнал структурной химии, 2009, т. 50, с. 1040-1047. @@Nechipurenko Yu.D., Golovkin M.V., Nechipurenko D.Yu., Il’icheva I.A.,. Panchenko L.A, Polozov R.V., Grokhovskii S.L. Characteristics of ultrasonic cleavage of DNA. Journal of Structural Chemistry, 2010, vol. 50, pp. 1007-1013. (In Russ.)
6. Grokhovsky S.L., Il’icheva I.A., Nechipurenko D.Yu., Golovkin M.V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Yu.D. Sequence-Specific Ultrasonic Cleavage of DNA Biophysical Journal, 2011, vol. 100, pp. 117-125.
7. 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. Non-random DNA fragmentation in next-generation sequencing. Sci Rep., 2014, vol. 4, p. 4532.
8. Нечипуренко Ю.Д., Ильичева И.А., Абдуллаев Э.Т. Урошлев Л.А., Гроховский С.Л. Физические характеристики регуляторных участков генома, эпигенетика и канцерогенез. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2018, т. 3, с. 884-887. @@Nechipurenko Y.D. Il’icheva I.A., Abdullaev E.T., Uroshlev L.A., Grokhovsky S.L. Physico-chemical properties of DNA in regulatory sites of genomes, epigenetics and cancerogenesis Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2018, vol. 3, pp. 884-887. (In Russ.)
9. Ильичева И.А., Ходыков М.В., Панченко Л.А., Полозов Р.В., Нечипуренко Ю.Д. Ультразвуковое расщепление ДНК: анализ структурно-динамических характеристик регуляторных участков генома и ошибок секвенирования. Биофизика, 2020, т. 65, с. 504-511. @@Il’icheva I.А., Khodikov M. V., Panchenko L.A., Polozov R.V., Nechipurenko Yu.D. Ultrasonic DNA Cleavage: Analysis of Conformational-Dynamic Features of Regulatory Regions in the Genome and Sequencing Errors Biophysics, 2020, vol. 65, pp. 504-511. (In Russ.)
10. Uroshlev L.A., Abdullaev E.T., Umarova I.R., Il’icheva I.A., Panchenko L.A., Polozov R.V., Kondrashov F.A., Nechipurenko Y.D., Grokhovsky S.L. A Method for Identification of the Methylation Level of CpG Islands from NGS Data. Sci. Rep., 2020, vol. 10, p. 8635.
11. Semenov D.A. Epigenetic effects of cytosine derivatives are caused by their tautomers in Hoogsteen base pairs. arXiv:1410.6763
12. Чуриков Н.А., Чернов Б.К. Голова Ю.Б., Нечипуренко Ю.Д. Параллельные ДНК - возможность существования. Доклады Академии Наук СССР, 1988, т. 303, с. 1254-1258. @@Tchurikov N.A., Chernov B.K., Golova Y.B., Nechipurenko Y.D. Parallel DNA-possibility of existence. In Proc. Acad. Sci. USSR, 1988, vol. 303, pp. 1254-1258. (In Russ.)
13. Tchurikov N.A., Chernov B.K., Golova Yu.B., Nechipurenko Yu.D. Parallel DNA: generation of a duplex between two Drosophila sequences in vitro. FEBS Lett., 1989, vol. 257, pp. 415-418.
14. Zeraati M., Langley D.B., Schofield P., Moye A.L., Rouet R., Hughes W.E., Christ D. I-motif DNA structures are formed in the nuclei of human cells. Nature chemistry, 2018, vol. 10, pp. 631-637.
15. Semyonov D.A., Nechipurenko Y.D. Non-Canonical GC Base Pairs and Mechanochemical Cleavage of DNA. arXiv:2001.03561
16. Semyonov D.A., Eltsov I.V., Nechipurenko Y.D. A new bias site for epigenetic modifications: How Non-Canonical GC Base Pairs favour Mechanochemical Cleavage of DNA. BioEssay, 2020. DOI:https://doi.org/10.1002/bies.202000051.
