ИЗМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ДНК ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ТРАНСКРИПЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ
Масулис И. С., Костяницына Е. Г., Озолинь О. Н.
Институт биофизики клетки РАН, 142292 Пущино
Взаимодействие РНК-полимеразы
с ДНК-матрицей в процессе инициации транскрипции сопровождается
взаимоиндуцируемыми конформационными превращениями обоих компонентов,
приводящими к образованию функционально активного, так называемого
открытого промоторного комплекса. Различные элементы пространственной
структуры ДНК, формирующиеся при наличии некоторых особых нуклеотидных
последовательностей, могут узнаваться ферментом наряду с промотор-специфичными
консенсусными сигналами и влиять на характер последующих конформационных
превращений комплекса. Задачей настоящей работы было изучение
тонких структурных перестроек промоторной ДНК в условиях взаимодействия
с РНК-полимеразой и образования открытого промоторного комплекса.
Анализ комплексов РНК-полимеразы E.coli с двумя ранними
промоторами бактериофага Т7 - D и А1, выполненный с использованием
перманганата калия, специфичного к тимидинам в однонитевых участках
ДНК, и ДНКазы1, чувствительной к зависимым от последовательности
вариациям в структуре двойной спирали, позволил выявить индуцированные
взаимодействием с ферментом структурные деформации ДНК, удаленные
от стартовой точки транскрипции на несколько витков спирали. Для
промотора Т7А1 методом футпринтинга ДНКазой1 зарегистрированы
кооперативные изменения структуры в дальней upstream области,
сопровождающиеся появлением кластера оснований с повышенной чувствительностью
к ДНКазе1 в положениях -70 - -74. Тестирование этого комплекса
перманганатом калия наряду с наличием неспаренных тимидинов в
области стартовой точки, картированных ранее, позволило выявить
локальное нарушение двуспиральной конформации для тимидина -56,
который входит в состав легко деформируемого динуклеотида ТА,
расположенного в центре протяженного (17 н.п.) трэка, состоящего
только из АТ-пар. Легкоплавкость А/Т-богатой ДНК в совокупности
с особыми динамическими свойствами кинкообразующего динуклеотида
ТА могут быть причиной индуцируемой ферментом деформации в структуре
двойной спирали ДНК. Для комплекса РНК-полимеразы с промотором
Т7D наряду с локальным плавлением ДНК вблизи точки старта синтеза
РНК зарегистрирован конформационный переход в ранней транскрибируемой
области (+41,+43). В этом случае образование инициирующего комплекса
с РНК-полимеразой приводит к появлению неспаренных оснований между
двумя повторяющимися элементами CTTTAGG, входящими в состав более
протяженной серии прямых повторов этой последовательности и находящимися
на некотором удалении от контактной поверхности с РНК-полимеразой
(10-20 пар оснований). Индуцированная ферментом локальная деформация
ДНК свидетельствует о наличии способной к кооперативным изменениям
структуры не только в коровой части промотора, но и в транскрибируемой
части гена. Образование деформаций в кодирующей части гена может
быть существенным для перехода комплекса к продуктивному синтезу
РНК и регуляции на стадии элонгации транскрипции. Полученные результаты
свидетельствуют о том, что локальная деформация в структуре промоторной
ДНК может возникать не только в области, прилегающей к стартовой
точке транскрипции, но и в более удаленных участках. Это расширяет
наши представления о характере индуцированных РНК-полимеразой
конформационных изменений ДНК, в число которых входят локальное
плавление в стартовой области, стабильный изгиб ДНК в upstream
области, изменение суперспиральной плотности, некоторые другие,
менее изученные переходы. Все эти изменения могут иметь функциональное
проявление как на стадии инициации транскрипции, так и на более
поздних этапах транскрипционного цикла. Работа поддержана РФФИ
(грант N 97-04-49418).