Анализ специфичности расщепления ДНК ультразвуком (1102352)
Текст из файла
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносовафизический факультетНа правах рукописиНечипуренко Дмитрий ЮрьевичАнализ специфичности расщепления ДНК ультразвуком03.01.02 - БиофизикаДиссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наукНаучный руководительдоктор физ.-мат. наук, профессорТвердислов Всеволод АлександровичМосква - 20101ОглавлениеВведение....................................................................................................................................3Глава 1. Литературный обзор..................................................................................................81.1 Подходы к изучению контекстно-зависимых физико-химическихсвойств ДНК...........................................................................................................
81.2 Физика упругих растяжений ДНК......................................................................171.3 Расщепление полимеров под действием ультразвука.......................................23Глава 2. Ультразвуковое расщепление ДНК: обработка и анализ экспериментальныхданных......................................................................................................................................272.1 Описание эксперимента и процедуры обработки экспериментальныхданных..........................................................................................................................272.2 Характерные свойства ультразвукового расщепления ДНК............................302.3 Статистический анализ специфичности расщепления ДНКультразвуком...............................................................................................................34Глава 3.
Моделирование расщепления фрагментов ДНК под действием акустическойкавитации.................................................................................................................................453.1 Моделирование динамики кавитационного пузырька......................................453.2 Моделирование взаимодействия фрагмента ДНК с кавитационнымтечением.......................................................................................................................513.3 Моделирование кинетики расщепления фрагментов ДНКпод действием акустической кавитации...................................................................553.4 Обсуждение...........................................................................................................61Глава 4.
Подходы к интерпретации специфичности расщепления ДНКультразвуком...........................................................................................................................644.1 Особенности конформационной динамики B- формы ДНК............................644.2 Влияние конформационной подвижности дезоксирибозы на эффективностьультразвукового расщепления ДНК.........................................................................674.3 Обсуждение...........................................................................................................72Глава 5.
Исследование особенностей ультразвукового расщепления функциональныхобластей ДНК..........................................................................................................................755.1. Особенности ультразвукового расщепления ДНК λ-фага...............................755.2 Применение данных по специфичности ультразвуковогорасщепления ДНК для анализа промоторных областей генома человека............79Основные результаты и выводы............................................................................................84Литература...............................................................................................................................85Публикации по теме диссертации.........................................................................................89Благодарности.........................................................................................................................902ВведениеАктуальность проблемыВ процессах функционирования ДНК в живой клетке существенную роль играютвзаимодействия ДНК с белковыми комплексами и другими лигандами.
Этивзаимодействия, как правило, реализуются по принципу «узнавания» молекулами лигандами определенных сайтов молекулы ДНК.СредимножествавидовДНК-белковогоузнаваниявыделяютдвапринципиально различных типа – это так называемое «прямое» и «непрямое»узнавание.Вслучае«прямого»узнаваниябелокраспознаетопределеннуюпоследовательность пар оснований ДНК, образуя с их функциональными группамисеть контактов, присущую только данной последовательности нуклеотидов исоответствующую геометрии белковой молекулы.
В случае же «непрямого» узнаванияизбирательность связывания белковой молекулы с ДНК определяется локальными изависящими от нуклеотидной последовательности конформационно-динамическимихарактеристиками ДНК – такими как гибкость, термодинамическая стабильностьдвойной спирали, еѐ геометрия, подвижность определенных молекулярных групп и т.п.Таким образом, зависимость локальных конформационно-динамических свойств отпоследовательностипароснованийвДНКиграетважнейшуюрольприфункционировании молекулы ДНК в клетке. Поэтому, изучение контекстно-зависимыхконформационных и динамических свойств молекулы ДНК является одной изважнейших задач молекулярной биофизики.Существует ряд экспериментальных подходов к изучению структурных свойствмолекулы ДНК.
Для исследования влияния последовательности нуклеотидов наконформацию ДНК применяются методы рентгеноструктурного анализа, ЯМР, и ИК спектроскопии. Экспериментальные данные о гибкости молекулы ДНК получают припомощи анализа еѐ подвижности в геле и исследуя расщепление ДНК неспецифичнымиэндонуклеазами, а изменения геометрии малой бороздки двойной спирали вдоль ДНКизучают методами химического расщепления молекулы гидроксильными радикалами идругими химическими агентами.3При помощи перечисленных экспериментальных методик достаточно сложноизвлечь информацию о динамических характеристиках изучаемых фрагментов ДНК.Здесь на помощь приходят методы молекулярного моделирования: молекулярнаядинамика, метод Монте-Карло, а также квантово-химические расчеты.В Институте молекулярной биологии РАН в настоящее время развивается новыйэкспериментальный метод, позволяющий изучать конформационно-динамическиесвойства двойной спирали ДНК.
Метод основан на анализе картин расщепленияфрагментов ДНК под действием ультразвука высокой интенсивности. Контекстнаяспецифичностьрасщепления,тоестьзависимостьпрофилейультразвуковогорасщепления фрагментов ДНК от их нуклеотидной последовательности, позволяетизучать влияние последовательности пар оснований в ДНК на ее структурные свойствав масштабах от нескольких десятков до сотен нуклеотидов.Явление контекстной специфичности разрывов ДНК под действием ультразвукапредставляетнесомненныйнаучныйинтерескакдополнительныйисточникинформации о контекстно-зависимых характеристиках ДНК. Тем не менее, физикаэтого явления практически не изучена, что вызывает серьезные трудности при попыткеинтерпретации полученных результатов.Анализ и моделирование расщепления ДНК ультразвуком, которым посвященаданная работа, необходимы для более глубокого исследования физики этого процесса сцелью дальнейшего применения и развития основанного на этом явлении методеизучения конформационно-динамических свойств ДНК.Цели и задачи диссертационной работыЦелью данного исследования являлось выявление основных закономерностей процессарасщепления ДНК под действием ультразвука, разработка физических моделей,адекватно описывающих характерные особенности этого явления и применениеполученных данных по расщеплению ДНК для анализа функциональных участков ДНКчеловека.
Для достижения этих целей решались следующие основные задачи:- установить характерные особенности расщепления ДНК ультразвуком;- провести анализ контекстной специфичности расщепления;- разработать модель, описывающую процесс расщепления фрагментов ДНК;- сравнить полученные теоретические результаты с экспериментальными;4- разработать модель, качественно описывающую явление контекстной специфичностирасщепления ДНК ультразвуком.- исследовать особенности теоретических профилей ультразвукового расщепления,построенных для промоторных последовательностей ДНК человека.На защиту выносятся следующие положения и результаты:- получены относительные частоты ультразвукового расщепления фрагментов ДНК вди- и тетрануклеотидном приближении;- выявлено увеличение степени ультразвукового расщепления фосфодиэфирной связи,следующей за дезоксицитидином (в направлении от 5‟ к 3‟ концу фрагмента ДНК);- предложен подход к моделированию процесса расщепления ДНК под действиемкавитационных эффектов, который позволяет описать характерные особенностинаблюдаемого расщепления;- разработана модель, позволяющая качественно описать явление контекстнойспецифичности ультразвукового расщепления;- продемонстрирована возможность применения полученных относительных частотультразвукового расщепления для анализа промоторных участков ДНК человека.Апробация результатов диссертационной работыПо материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, из них 5 статей врецензируемых научных журналах ВАК России:«Биофизика», «Журнал Структурной Химии», «Journal of Biomolecular Structure &Dynamics», «In collection: NATO Science for Peace and Security Series B: Physics andBiophysics, Nanomaterials for Application in Medicine and Biology», «BiophysicalJournal».Основные результаты исследований, представленные в диссертационной работе,докладывались на следующих международных и российских конференциях:13-ой международной конференции «Математика, компьютер, образование.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
