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.