Влияние петель на G-квадруплексные ДНК : геометрия, молекулярная динамика и взаимодействие с катионами

• Автор: Решетников, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

1 Оглавление Оглавление

1 Оглавление

2 Список терминов, условных обозначений и сокращений

3 Введение

4 Обзор литературы

4.1 О-квадруплексы

4.1.1 Общие сведения

4.1.2 Общие структурные черты квадруплексных ДНК

4.1.3 Факторы стабилизации квадруплексов

4.1.4 Влияние петель на стабильность квадруплексов

4.2 Наноструктуры на основе в-квадруплексов
4.3 Сенсоры на основе О-квадруплексов
4.4 Аптамеры
4.4.1 Открытие аптамеров
4.4.2 Аптамеры как терапевтические агенты
4.4.3 ДНК-аптамер к тромбину
4.5 Компьютерное моделирование О-квадруплексов
4.5.1 Моделирование молекулярной динамики
4.5.2 Моделирование МД О-квадруплексов
4.5.3 Взаимодействие О-квадруплексов с катионами '
4.6 Гибридный квантово-механический/молекулярно-механический метод
4.6.1 Общие принципы
4.6.2 Молекулярная динамика Кара-Паринелло (СРМО)
4.6.3 Применение КМ и КМ/ММ-подходов для расчётов характеристик О-
квадру плексов
4.7 Изотермическая титрационная калориметрия
4.7.1 Общие принципы
4.7.2 Математический аппарат
4.7.2.1 Модель одного набора идентичных сайтов
5 Материалы и методы
5.1 Портирование силового поля рагтЬзсО на архитектуру ОЯОМАСВ
5.2 Сравнение ЯМР- и РСА-моделей 15-ТВА
5.3 Влияние типа петель на геометрию квадруплекса
5.3.1 Создание выборки квартетов
5.3.2 Угол поворота квартетов относительно друг друга в квадруплексе

5.3.3 Отклонения квартета от плоскости
5.3.4 Гистограмма распределения значений углов поворота квадруплекса и отклонений квартета от плоскости
5.4 Взаимодействие квадруплекса из двух в-квартетов с катионами
5.4.1 Модельные эксперименты КМ/ММ
5.4.2 Изотермическая титрационная калориметрия (ИТК)
5.4.3 Моделирование молекулярной динамики
6 Результаты и обсуждение
6.1 Внутримолекулярные взаимодействия в структуре аптамера
6.1.1 Сравнение ЯМР- и РСА-моделей 15-ТВА
6.1.2 Причины структурной устойчивости ЯМР-модели по сравнению с РСА-моделью
6.1.3 Комплексы тромбина с 15-ТВА
6.1.3.1 Комплексы 1:
6.1.3.2 Комплексы 1:
6.1.4 Структурная динамика в-квадруплекса. Значения угла поворота как показателя структурной деформации
6.2 Влияние типа петель на геометрию квадруплекса
6.2.1 Параметры описания геометрии и конформационного полиморфизма квадруплексов
6.2.2 Четырехтяжевые параллельные квадруплексы
6.2.3 Структура типа «кресло»
6.2.4 Одномолекулярные квадруплексы с топологией цепи (3+1)
6.2.5 Структура типа «корзина»
6.2.6 Мономолекулярные параллельные квадруплексы с пропеллерными петлями
6.2.7 Бимолекулярные квадруплексы с латеральными петлями
6.2.8 Бимолекулярные квадруплексы с диагональными петлями..'
6.2.9 Бимолекулярные параллельные квадруплексы с пропеллерными петлями
6.2.10 Влияние типа петель на геометрию квадруплекса
6.3 Взаимодействие катионов с квадруплексами
6.3.1 Моделирование классической МД
6.3.1.1 Модельные эксперименты с катионом натрия
6.3.1.2 Модельные эксперименты с катионом калия
6.3.1.3 Вклад петель в связывание катиона
6.3.2 КМ/ММ-исследование
6.3.3 Изотермическая титрационная калориметрия
6.3.4 Взаимодействие квадруплексов с катионами
6.3.4.1 Моделирование МД не поддерживает гипотезу двух участков связывания катионов в структуре 15-ТВА
6.3.4.2 Модельные эксперименты МД: проникновение ионов в О-квадруплекс
6.3.4.3 Корреляция движений катионов во время полного обмена катионом между О-ДНК и окружающим растворителем
6.3.4.4 Оценочные моделирования КМ/ММ

6.3.4.5 ИТК-эксперименты
6.3.4.6 Динамика и сворачивание в-квадруплексных структур
7 Основные результаты и выводы
7.1 Выводы
8 Список литературы

присутствии ,5МІІ4+ и К+. Плавец и др. показали, что 151МН4+ располагается в центральном катион-связывающем сайте; сигнал от нижнего сайта был в 10 раз слабее, и не было обнаружено никаких признаков локализации 15№ТТ в непосредственной близости от ТСГ-петли (107).
Несмотря на то, что результаты Плавеца и др. не поддерживают модель 1:2 комплекса аптамера с катионом, необходимо иметь в виду, что БИТ и К+ образуют различные типы взаимодействий с окружающими карбонильными кислородами нуклеиновых оснований. ТІНУ может образовывать водородные и ионные связи, что выдвигает строгие требования к геометрии относительных позиций акцепторов и доноров водородных связей. К+ может образовывать координационные связи и электростатические взаимодействия, которые характеризуются более вариабельной геометрией. Более того, в непрямом эксперименте с помощью УФ-плавления было показано, что аптамер к ВИЧ-интегразе, имеющий такую же топологию, как и 15-ТВА, связывает три катиона калия, располагающихся во всех трёх катион-связывающих сайтах олигонуклеотида (108). Таким образом, стехиометрия комплекса 15-ТВА с калием всё ещё остаётся открытым вопросом.