ПЕРИОДИЧНОСТЬ В СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРОМОТОРОВ
Озолинь О. Н., Деев А. А., Трифонов Е. Н.
Институт биофизики клетки РАН, 142292 Пущино; *Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино; *Вейсмановский научный центр, Реховот,76100, Израиль
Методами статистического
анализа исследованы нуклеотидные последовательности промоторной
ДНК, узнаваемые РНК-полимеразой E.coli. В коровой части
промоторов обнаружено 5 областей с неслучайным распределением
нуклеотидов (-54±4, -44±3, -35±3, -29±2 и -11±4) и выявлены характерные
для них структурные элементы. Доминирующими в канонических областях
(-10 и -35) оказались последовательности, гомологичные гексамерам
TATAAT и TTGACA соответственно. Последовательности, характерные
для неканонических областей, не имели общего консенсуса, однако,
доминирующие в них мотивы были характерны для нескольких участков
промотора: AAAA, TG(А/Т)3 и TTTT- для -55/-56, -45/-47
и -30/-31; ATTC - для -58 и -45; TTTAC - для -49 и -28;
TTGCA и CATTGA -для -47/-44 и -37/-36. Данные ДНКазного футпринтинга
полимераза-промоторных комплексов свидетельствуют об участии ряда
неканонических элементов в прямом контакте с ферментом. Кроме
этого, присутствие одинаковых мотивов в разных участках промоторов
явилось основанием для более детального исследования периодичности
в их структурной организации. Как канонические, так и неканонические
элементы обогащены динуклеотидами АА, ТТ, ТА, ТG
и СА. Регулярность
в преимущественном расположении АА и ТТ с периодом, близким к
10,5 н.п., документирована ранее (Helmann J.D., Nucl.Acids Res.
1995, 23, 2351-2360; Кутузова и др. Биофизика 1997, 42, 354-362).
Поэтому мы исследовали распределение динуклеотидов ТА, TG и СА,
способных легко деформироваться за счет образования кинков в условиях
слабого изгибного напряжения. Преимущественное расположение ТА
обнаружено в положениях -57,-52,-47,-34,-29,-18,-12,-7 и -1, а
TG в положениях -53,-47,-35,-27,-7 и -1. Это соответствует наличию
периода 5,6±0,2 и свидетельствует о возможности формирования на
поверхности белка правозакрученной суперспирали. Промоторы, имеющие
слабо выраженный элемент -35, более обогащены динуклеотидами ТА.
Так как область -35 узнается ферментом на самых ранних этапах
комплексообразования, можно предположить, что наличие деформируемых
и правильно ориентированных степов в их последовательности увеличивает
число неспецифических контактов с ферментом, повышая его эффективную
концентрацию вблизи промотора и, таким образом, компенсирует дефекты
в структуре канонического элемента. В
нуклеотидной последовательности транскрибируемой части генов впервые
обнаружено характерное распределение протяженных треков, обогащенных
А/Т-парами, которое характеризуется необычным периодом (16/18
н.п.) и фазировано с каноническим элементом -10 и неканоническими
элементами -29 и -45. Такая организация гена может быть структурной
основой для последовательного движения РНК-полимеразы вдоль ДНК
в процессе элонгации транскрипции или во время поиска промоторных
участков ДНК. Работа
была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований
(N 97-04-49418 и 97-04-48404)