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).