ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОМОТОРНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДНК
Сорокин А. А., Джелядин Т. Р., Иванова Н. Н., Сивожелезов В. С., Полозов Р. В., Камзолова С. Г.
Институт биофизики клетки РАН, 142292 Пущино; *Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
Не вызывает сомнения,
что электростатическое взаимодействие играет важную роль в процессах
ДНК-белкового узнавания. Однако в то время как электростатические
свойства белков и их роль во взаимодействии с ДНК достаточно широко
исследованы, влияние электростатических свойств ДНК на этот процесс
до сих пор остается мало изученным. Электростатические свойства
ДНК, в частности, могут оказывать влияние на различные стадии
образования открытого комплекса в процессе полимеразно-промоторного
узнавания. В данной работе наряду с короткими ("100
п.н.) промоторными последовательностями (Lisser, Margalit 1993),
мы проанализировали электростатические свойства длинных ("1000
п.н.) природных последовательностей, содержащих промоторы. В качестве
примера представлен анализ распределения электростатического потенциала
вокруг двух фрагментов ДНК длиной 1000 п.н., функциональные особенности
которых хорошо изучены: один из них содержит промоторы А1, А2,
А3 и кодирующую часть гена О.З фага Т7; другой - промотор cysG,
а также гены nirC и cysG генома E. coli.
Анализ полученных распределений электростатического потенциала
показывает, что кодирующие области ДНК характеризуются более равномерным
распределением, тогда как наиболее положительные и отрицательные
участки приходятся на промоторные области. Области, расположенной
левее промотора, соответствует более отрицательный потенциал,
а потенциал справа от промотора в среднем более положительный.
Поэтому ДНК в кодирующей области может быть описана как цилиндр,
дающий практически однородный потенциал, в то время как топология
потенциала в промоторной области характеризуется более сложным
рельефом. Пики и овраги на карте потенциала в промоторной области
могут служить потенциальными барьерами для РНК-полимеразы. В сочетании
с моделью одномерной диффузии РНК-полимеразы по ДНК матрице, такая
картина распределения потенциала делает достаточно логичным предположение,
что быстрое скольжение РНК-полимеразы в кодирующей области резко
замедляется на промоторном участке, давая белку возможность образовать
специфические контакты с ДНК. Полученные результаты показывают,
что локальные неоднородности потенциала, особенно заметные в промоторной
области, могут играть роль "ловушек" при образовании
ДНК-белкового комплекса. С другой стороны особенности распределения
потенциала могут увеличивать скорость одномерной диффузии РНК-полимеразы
за счет притягивания или отталкивания заряженных участков белкового
комплекса. Таким образом электростатическое взаимодействие может
играть существенную роль в полимеразно-промоторном узнавании,
особенно на начальных этапах.