Днк в форма: Бактерии используют левозакрученную ДНК в качестве каркаса для биопленок

Бактерии используют левозакрученную ДНК в качестве каркаса для биопленок

Двойные спирали молекул ДНК в живых клетках могут существовать в трех формах, различающихся геометрическими свойствами: правозакрученные A-ДНК и B-ДНК и левозакрученная Z-ДНК. Основная форма — B-ДНК, поэтому на нее «рассчитано» большинство клеточных белков, специализирующихся на взаимодействии с ДНК. Благодаря этому Z-ДНК, которая слишком сильно отличается от B-формы, для большинства клеточных ферментов недоступна. Как показано в недавнем исследовании, этим успешно пользуются некоторые бактерии, которые строят биопленки (в частности, на поверхности органов других организмов). Поскольку сами по себе молекулы ДНК довольно прочные, они хорошо подходят на роль каркаса биопленок. В процессе формирования биопленки бактерии при помощи специальных белков преобразуют выделяемую посредством аутолиза во внешнюю среду B-ДНК в Z-ДНК. Это делает каркас биопленки практически неуязвимым для иммунных клеток организма-хозяина.

Несмотря на то, что в мире бактерий отсутствует истинная многоклеточность, многие бактерии, в том числе и патогены человека, формируют сложно устроенные сообщества — биопленки. Биопленки покрывают, например, зубы, подводные камни и другие поверхности, на которых могут жить бактерии (а жить они могут почти везде).

Биопленка представляет собой матрикс сложного состава, в который погружены бактериальные клетки. В состав матрикса входят белки, липиды, полисахариды и прочие биополимеры, а также внеклеточная ДНК, которая играет роль «арматуры», обеспечивающей структурную целостность и жесткость матрикса. Бактериальную биопленку можно сравнить с многоквартирным домом, все жильцы которого имеют крышу над головой и равный доступ к электричеству, водопроводу, газу и прочим коммуникациям (для бактерий аналогом всего этого служат питательные вещества и другие ресурсы, необходимые для метаболизма).

Бактерии в биопленке становятся практически неуязвимыми для антибиотиков и других противомикробных агентов, а если речь идет о бактериях, обитающих в организме животного, — то и для иммунной системы хозяина. Дело в том, что матрикс биопленки, окружающий бактериальные клетки, препятствует их непосредственному взаимодействию с антибиотиками. Продолжая аналогию с многоквартирным домом, жильцы которого платят налоги и централизованно оплачивают капитальный ремонт, можно сказать, что бактериальные клетки в составе биопленки, секретируя ее компоненты, поддерживают, таким образом, целостность во всех отношениях выгодного для них сообщества, получая взамен питание и защиту.

Из всех компонентов матрикса бактериальных пленок наиболее загадочным, пожалуй, является входящая в его состав внеклеточная ДНК. Чисто физически двойная спираль ДНК — это довольно жесткая и прочная протяженная молекула, которая, как железный прут, может играть роль опоры для желеобразного матрикса биопленки. Откуда берется внеклеточная ДНК? Оказывается, бактериальные клетки в составе биопленки обмениваются друг с другом сигнальными молекулами (это явление также известно как чувство кворума). Под действием определенных сигналов, испускаемых соседними клетками, часть клеток подвергается добровольной гибели и разрушению — аутолизу. При лизисе клеток их ДНК выходит наружу и остается в матриксе биопленки (L. Montanaro et al., 2011. Extracellular DNA in biofilms).

В биопленках ДНК связана с белками IHF и HU, относящимися к семейству DNABII (см. Bacterial DNA binding protein), которые поддерживают ее двойную спираль. Эксперименты показали, что в отсутствие DNABII биопленка буквально рассыпается, а бактерии, как жильцы разбитого бомбежкой дома, сталкиваются один на один с враждебной окружающей средой и в большинстве своем погибают.

А что будет, если в биопленке не будет ДНК? На самом деле, обработка сформировавшейся биопленки нуклеазами, расщепляющими ДНК, обычно не дает никаких результатов, и помешать формированию биопленки можно, только лишь обработав клетки нуклеазой на самой ранней стадии ее формирования. Почему же ДНК в составе биопленок не расщепляется нуклеазами? Ответу на этот вопрос посвящена недавняя работа, опубликованная в журнале Cell. Авторы исследования пришли к совершенно парадоксальному выводу: в зрелой биопленке большая часть ДНК представлена левозакрученной формой, или Z-ДНК, и потому нуклеазы никак на нее не действуют.

В живых клетках молекулы ДНК могут существовать в нескольких конформациях (рис. 1, см. также Nucleic acid double helix). Основная форма ДНК в клетках — это B-ДНК, и именно ее обычно имеют в виду, когда изображают красивую двойную спираль ДНК с большой и малой бороздками. A-ДНК отличается от B-формы ДНК по ряду геометрических параметров, в живой природе она встречается нечасто. Любопытно, что именно в форме A-ДНК находится ДНК в вирионах ряда вирусов архей, которые не так давно были выделены в отдельный реалм Adnaviria. И B-, и A-формы ДНК закручены вправо. Но в клетках также встречается, хотя и очень редко, левозакрученная форма, Z-ДНК. Как правило, она формируется при связывании специальных белков с последовательностями вида (GC)_n.

Z-ДНК отличается от привычной нам B-ДНК не только направлением закрученности цепей, но и множеством других параметров, таких как ориентация азотистых оснований, конформация сахаров и других. И, самое главное, Z-ДНК не разрушается нуклеазами, которые расщепляют B-ДНК! Тем не менее, несмотря на множество геометрических различий, переход одной и той же последовательности из одной формы в ДНК в другую обратим и вполне возможен не только в пробирке при изменении ионной силы и других параметров раствора, но и в живой клетке — например, при связывании упоминавшихся выше специальных белков, которые способствуют изменению конформации ДНК.

Функции Z-ДНК в клетках пока не до конца описаны. Известно, что ее формирование может влиять на экспрессию близлежащих генов: поскольку подавляющее большинство ДНК-связывающих белков, в том числе и факторов транскрипции, «заточено» под B-ДНК, то переход участков связывания транскрипционных факторов в Z-форму делает невозможным их взаимодействие с белками, что приводит к изменениям в экспрессии подконтрольных генов. Z-ДНК формируется в клетках под действием специальных белков, при ряде модификаций ДНК и некоторых других условиях. Помня о том, что Z-ДНК неуязвима для нуклеаз, авторы обсуждаемого исследования предположили, что в зрелых биопленках роль жесткого структурного каркаса играет именно левозакрученная ДНК. Отметим, что в живой клетке убрать Z-ДНК гораздо проще: связывание специальными белками обеспечивает ее переход в обычную B-ДНК.

Исследователи показали, что Z-ДНК присутствует в биопленках таких патогенных бактерий, как уропатогенная Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae и Haemophilus influenza. Выявить наличие Z-ДНК можно с помощью распознающих ее моноклональных антител. Авторы отметили, что в молодых биопленках доля ДНК в B-конформации превосходит таковую для Z-конформации, однако по мере созревания биопленки почти вся правозакрученная ДНК переходит в левозакрученную форму. Ученым удалось даже увидеть Z-ДНК в составе биопленок: она выглядит как толстые волокна (рис. 2).

Как уже говорилось, Z-ДНК может сформироваться, если склонная к этому последовательность ДНК вида (GC)_n будет связана белками, распознающими Z-ДНК. В качестве таких белков могут выступать специфичные по отношению к Z-ДНК моноклональные антитела, которые могут образовываться в организмах млекопитающих и в настоящее время даже коммерчески доступны. И действительно, в ходе проведенного авторами эксперимента обработка моноклональными антителами, специфично связывающими Z-ДНК, ускоряла формирование биопленки, активируя переход правозакрученной ДНК в составе матрикса в левозакрученную форму (рис.  3).

Склонить правозакрученную ДНК к переходу в левозакрученную можно и иным путем. Известно, что формированию Z-ДНК способствует хлорид церия (CeCl₃). Хлорид церия связывается с сахарофосфатным остовом ДНК и нейтрализует электростатическое отталкивание между заряженными группами, делая левозакрученную конформацию энергетически выгодной. Обработка биопленок хлоридом церия приводила к их росту и увеличению массы бактериальных клеток в составе биопленки. Таким образом, смещение равновесия между B- и Z-формами ДНК в сторону последней способствует формированию биопленок. Более того, под действием хлорида церия повышался модуль Юнга биопленок, что свидетельствует о том, что увеличение количества Z-ДНК в биопленке повышает ее механическую жесткость.

Левозакрученную ДНК можно перевести в правозакрученную, обработав, например, хлорохином. Это вещество является интеркалятором, то есть внедряется в двойную спираль ДНК. Обработка биопленки хлорохином способствует ее развалу, поскольку под действием этого вещества доля Z-ДНК в биопленке уменьшается, из-за чего ее жесткость снижается. Более того, хлорохин действует на биопленки столь губительно, что бактериальные клетки начинают буквально вываливаться из них! После обработки хлорохином биопленки становятся чувствительными к действию нуклеаз, ведь ДНК переходит в распознаваемую этими ферментами правозакрученную форму.

Каким образом Z-ДНК образуется при естественном формировании биопленки? Ученые показали, что вышеупомянутые белки группы DNABII способствуют переходу правозакрученной ДНК в левозакрученную. Возможность непосредственного взаимодействия DNABII с Z-ДНК пока не доказана и, вероятно, белки DNABII стабилизируют Z-ДНК, не связываясь с ней напрямую. По-видимому, на ранних этапах формирования биопленки, когда в ней преобладает B-форма ДНК и она сохраняет чувствительность к нуклеазам, белки DNABII запускают переход B-ДНК в Z-ДНК.

ДНК в составе биопленок не всегда имеет бактериальное происхождение. Нейтрофилы, главные фагоцитирующие клетки крови, в критической ситуации способны совершить «харакири» и «выплюнуть» свою геномную ДНК вместе с гистонами и различными бактерицидными белками во внеклеточную среду. Сам нейтрофил, естественно, при этом погибает. Подобно рыболовной сети, эта мешанина из ДНК с гистонами, которую называют «внеклеточными ловушками нейтрофилов» (NET — neutrophil extracellular traps), опутывает бактериальные клетки и убивает их за счет бактерицидного действия связанных с ней белков. Впрочем, эффект от подобного акта самопожертвования может быть строго обратный. Авторы показали, что куски ДНК нейтрофилов тоже могут быть включены в состав бактериальной биопленки и под действием белков DNABII переведены в Z-форму. Таким образом, бактерии в составе биопленки не только нейтрализуют ловушки нейтрофилов, но и встраивают их куски в состав матрикса. Кроме того, антибактериальные белки, связывающие B-ДНК, оказываются бессильны против бактерий, поскольку с Z-ДНК они взаимодействовать не могут.

Авторы исследования отмечают, что образование антител к Z-ДНК в ходе адаптивного иммунного ответа на вторжение бактерий может не только не помешать развитию инфекции, но и способствовать ее переходу в хроническую форму, ведь антитела, связывающие Z-ДНК, стабилизируют ее и, следовательно, укрепляют бактериальные биопленки.

Источник: John R. Buzzo, Aishwarya Devaraj, Erin S. Gloag, Joseph A. Jurcisek, Frank Robledo-Avila, Theresa Kesler, Kathryn Wilbanks, Lauren Mashburn-Warren, Sabarathnam Balu, Joseph Wickham, Laura A. Novotny, Paul Stoodley, Lauren O. Bakaletz, Steven D. Goodman. Z-form extracellular DNA is a structural component of the bacterial biofilm matrix // Cell. 2021. DOI: 10.1016/j.cell.2021.10.010.

Елизавета Минина

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ • Большая российская энциклопедия

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИ́НОВЫЕ КИС­ЛО́ТЫ (ДНК), нук­леи­но­вые ки­сло­ты, со­дер­жа­щие в ка­че­ст­ве уг­ле­вод­но­го ком­по­нен­та де­зок­си­ри­бо­зу. ДНК – осн. ком­по­нент хро­мо­сом всех жи­вых ор­га­низ­мов, ве­ще­ст­во, из ко­то­ро­го по­строе­ны ге­но­мы всех про- и эу­ка­ри­от, а так­же вне­хро­мо­сом­ные на­следств. эле­мен­ты (плаз­ми­ды) и ге­но­мы мн. ви­ру­сов. В клет­ках про­ка­ри­от ДНК ор­га­ни­зо­ва­на в ви­де ком­пакт­но­го об­ра­зо­ва­ния – нук­леои­да. У эу­ка­ри­от она со­дер­жит­ся в яд­рах кле­ток и в ор­га­нел­лах – ми­то­хон­д­ри­ях и хло­ро­пла­стах. В нук­лео­тид­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти ДНК за­пи­са­на (ко­ди­ро­ва­на) ге­не­тич. ин­фор­ма­ция о всех при­зна­ках ви­да и осо­бен­но­стях ин­ди­ви­дуу­ма. Все осн. ге­не­тич. про­цес­сы – ре­п­ли­ка­ция, транс­крип­ция и ре­ком­би­на­ция свя­за­ны с функ­цио­ни­ро­ва­ни­ем мо­ле­ку­лы ДНК.

Впер­вые ДНК в ви­де ком­плек­сов с бел­ка­ми (де­зок­си­ри­бо­нук­ле­о­про­теи­дов) бы­ла от­кры­та в 1868 И. Ф. Ми­ше­ром в яд­рах кле­ток гноя и спер­ме рыб. Дол­гое вре­мя счи­та­лось, что ДНК со­дер­жит­ся толь­ко в клет­ках жи­вот­ных, и лишь к сер. 1930-х гг. бы­ло до­ка­за­но (А. Н. Бе­ло­зер­ский), что ДНК – не­пре­мен­ный ком­по­нент ка­ж­дой жи­вой клет­ки. В 1944 амер. мик­ро­био­лог О. Эй­ве­ри с со­труд­ни­ка­ми по­ка­за­ли, что с по­мо­щью ДНК, тща­тель­но очи­щен­ной от всех ос­таль­ных кле­точ­ных ком­по­нен­тов, на­сле­дуе­мый био­ло­гич. при­знак мо­жет быть пе­ре­не­сён из од­ной клет­ки в дру­гую. Тем са­мым бы­ла оп­ре­де­ле­на био­ло­гич. функ­ция ДНК как ве­ще­ст­ва на­след­ст­вен­но­сти.

В кон. 19 – нач. 20 вв. бы­ло ус­та­нов­ле­но, что ДНК пред­став­ля­ют со­бой по­ли­мер­ные мо­ле­ку­лы, мо­но­мер­ны­ми со­став­ляю­щи­ми ко­то­рых слу­жат де­зок­си­ри­бо­нук­ле­о­ти­ды, со­дер­жа­щие ос­тат­ки де­зок­си­ри­бо­зы, фос­фор­ной ки­сло­ты и од­но из че­ты­рёх азо­ти­стых ос­но­ва­ний: пу­ри­но­вых – гуа­ни­на (G) и аде­ни­на (А) и пи­ри­ми­ди­но­вых – ци­то­зи­на (C) и ти­ми­на (Т). В кон. 1940-х – нач. 1950-х гг. в ла­бо­ра­то­рии А. Тод­да бы­ло до­ка­за­но, что един­ст­вен­ным ти­пом меж­нук­лео­тид­ной свя­зи в по­ли­мер­ных це­пях ДНК яв­ля­ет­ся 3’–5′-фос­фо­ди­эфир­ная связь. В это же вре­мя Э. Чар­гафф с со­труд­ни­ка­ми вы­яс­ни­ли осн. за­ко­но­мер­но­сти нук­лео­тид­но­го со­ста­ва ДНК (пра­ви­ла Чар­гаф­фа), наи­бо­лее важ­ная из ко­то­рых – ра­вен­ст­во со­дер­жа­ния ос­тат­ков аде­ни­на и ти­ми­на (А = Т), а так­же гуа­ни­на и ци­то­зи­на (G = C).

Рис.  1. Модель двойной спирали ДНК Уотсона – Крика (М. Б. – малая бороздка; Б. Б. – большая бороздка).

Ос­но­вы­ва­ясь на этих дан­ных, в 1953 Дж. Уот­сон и Ф. Крик рас­шиф­ро­ва­ли рент­ге­но­грам­мы кри­стал­лов ДНК, по­лу­чен­ные в ла­бо­ра­то­ри­ях Р. Франк­лин и М. Уил­кин­са, и сде­ла­ли од­но из вы­даю­щих­ся от­кры­тий совр. ес­те­ст­во­зна­ния. Они ус­та­но­ви­ли, что мо­ле­ку­ла ДНК пред­став­ля­ет со­бой ре­гу­ляр­ную спи­раль, со­стоя­щую из двух по­ли­нук­лео­тид­ных це­пей (двой­ная спи­раль). Диа­метр спи­ра­ли по­стоя­нен на про­тя­же­нии всей её дли­ны и ра­вен при­мер­но 2 нм. Дли­на вит­ка спи­ра­ли со­став­ля­ет 3,4 нм. На один ви­ток в од­ной це­пи при­хо­дит­ся при­мер­но 10 нук­лео­тид­ных ос­тат­ков, т. е. меж­нук­лео­тид­ное рас­стоя­ние вдоль оси спи­ра­ли рав­но 0,34 нм. Азо­ти­стые ос­но­ва­ния в двой­ной спи­ра­ли ДНК ле­жат в од­ной плос­ко­сти, ко­то­рая прак­ти­че­ски пер­пен­ди­ку­ляр­на её гл. оси. При этом ос­но­ва­ния, при­над­ле­жа­щие раз­ным це­пям и на­хо­дя­щие­ся на­про­тив друг дру­га, об­ра­зу­ют ком­пле­мен­тар­ные па­ры, ста­би­ли­зи­ро­ван­ные во­до­род­ны­ми свя­зя­ми та­ким об­ра­зом, что аде­нин все­гда спа­рен толь­ко с ти­ми­ном, а гуа­нин – с ци­то­зи­ном (па­ры G – C свя­за­ны ме­ж­ду со­бой тре­мя во­до­род­ны­ми свя­зя­ми, а па­ры А – Т лишь дву­мя). Для ста­би­ли­за­ции струк­ту­ры двой­ной спи­ра­ли ДНК важ­ное зна­че­ние име­ют так­же взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду плос­ко­стя­ми со­сед­них ос­но­ва­ний, при­над­ле­жа­щих од­ной и той же це­пи (т. н. стэ­кинг-взаи­мо­дей­ст­вия, от англ. stack – стог, скла­ды­вать в стог, рас­по­ла­гать один над дру­гим).

Из мо­де­ли двой­ной спи­ра­ли Уот­со­на – Кри­ка пря­мо вы­те­ка­ет прин­цип са­мо­вос­про­из­ве­де­ния (уд­вое­ния, ре­п­ли­ка­ции) мо­ле­ку­лы ДНК (а сле­до­ва­тель­но, и лю­бо­го ге­не­тич. ма­те­риа­ла): ес­ли две ком­пле­мен­тар­ные це­пи ДНК раз­де­лить, а за­тем на ка­ж­дой, как на мат­ри­це, по­стро­ить но­вые, стро­го ком­пле­мен­тар­ные им це­пи, то две до­чер­ние дву­спи­раль­ные мо­ле­ку­лы бу­дут иден­тич­ны ма­те­рин­ской. От­кры­тие это­го прин­ци­па по­зво­ли­ло на мо­ле­ку­ляр­ном уров­не объ­яс­нить яв­ле­ние на­след­ст­вен­но­сти и по­ло­жи­ло на­ча­ло мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии. Прин­цип ком­пле­мен­тар­но­го спа­ри­ва­ния ос­но­ва­ний нук­леи­но­вых ки­слот ле­жит в ос­но­ве всех про­цес­сов пе­ре­да­чи ге­не­тич. ин­фор­ма­ции в клет­ке.

Рис. 2. Комплементарные уотсон-криковские пары в двуспиральной молекуле ДНК. Слева – пара аденин – тимин; справа – пара гуанин – цитозин. Приведены расстояния между атомами, связанными специфическими …

В двой­ной спи­ра­ли ДНК са­ха­ро­фос­фат­ный ос­тов по­ли­нук­лео­тид­ных це­пей об­ра­щён на­ру­жу, а на по­верх­но­сти спи­ра­ли мож­но вы­де­лить две бо­розд­ки: боль­шую – ши­ри­ной 2,2 нм и ма­лую – ши­ри­ной 1,2 нм. Двой­ная спи­раль ДНК, опи­сан­ная Дж. Уот­со­ном и Ф. Кри­ком, – пра­во­зак­ру­чен­ная, а по­ли­нук­лео­тид­ные це­пи в ней ан­ти­па­рал­лель­ны, т. е. на­прав­ле­ны в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны, так что 3′-ко­нец од­ной це­пи рас­по­ла­га­ет­ся на­про­тив 5′-кон­ца дру­гой. Она бы­ла на­зва­на В-фор­мой ДНК.

Ока­за­лось, од­на­ко, что двой­ная спи­раль ДНК ха­рак­те­ри­зу­ет­ся су­ще­ст­вен­ным по­ли­мор­физ­мом и при из­ме­не­нии внеш­них ус­ло­вий мо­жет при­ни­мать про­стран­ст­вен­ную струк­ту­ру (кон­фор­ма­цию), от­лич­ную от уот­сон-кри­ков­ской В-фор­мы. Так, при по­ни­же­нии влаж­но­сти в пре­па­ра­те или, напр., при до­бав­ле­нии спир­та к вод­но­му ра­ст­во­ру ДНК она пе­ре­хо­дит в т. н. А-фор­му, от­ли­чаю­щую­ся от В-фор­мы ши­ри­ной и глу­би­ной бо­роз­док, уве­ли­че­ни­ем диа­мет­ра спи­ра­ли, сме­ще­ни­ем пар ос­но­ва­ний к пе­ри­фе­рии спи­ра­ли и их за­мет­ным на­кло­ном по от­но­ше­нию к оси спи­ра­ли, а внут­ри неё об­ра­зу­ет­ся по­лость диа­мет­ром 0,4 нм. В ос­но­ве этих струк­тур­ных пре­вра­ще­ний ле­жит из­ме­не­ние кон­фор­ма­ции ос­тат­ка де­зок­си­ри­бо­зы, что, в свою оче­редь, ве­дёт к из­ме­не­нию рас­стоя­ния ме­ж­ду фос­фат­ны­ми груп­па­ми со­сед­них нук­лео­тид­ных ос­тат­ков од­ной це­пи. При вы­со­кой кон­цен­тра­ции со­лей уча­ст­ки двой­ных спи­ра­лей ДНК с че­ре­дую­щи­ми­ся нук­лео­тид­ны­ми по­сле­до­ва­тель­но­стя­ми ти­па мно­го­крат­но по­вто­ряю­ще­го­ся гуа­но­зин-ци­то­зи­но­во­го ди­нук­ле­о­ти­да (GC) из пра­во­зак­ру­чен­ной фор­мы пе­ре­хо­дят в ле­во­зак­ру­чен­ную. У этой фор­мы ДНК ли­ния, со­еди­няю­щая фос­фат­ные груп­пы, че­рез ка­ж­дые две па­ры име­ет из­лом и при­ни­ма­ет зиг­за­го­об­раз­ный вид. Та­кая кон­фор­ма­ция ДНК на­зы­ва­ет­ся Z-фор­мой (от англ. zigzag). Хо­тя по­ли­мор­физм ДНК мо­жет иг­рать су­ще­ст­вен­ную роль в ре­гу­ля­ции ак­тив­но­сти ге­нов, пря­мых дан­ных о на­ли­чии у двой­ной спи­ра­ли ДНК in vivo иных кон­фор­ма­ций, кро­ме В-фор­мы, по­ка нет.

Важ­ным свой­ст­вом двой­ных спи­ра­лей ДНК яв­ля­ет­ся их мик­ро­ге­те­ро­ген­ность, об­на­ру­жи­вае­мая рент­ге­но­ст­рук­тур­ным ана­ли­зом вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния. Она обу­слов­ле­на тон­ки­ми раз­ли­чия­ми в кон­фор­ма­ции нук­лео­тид­ных ос­тат­ков, по­яв­ле­ние ко­то­рых за­ви­сит от по­сле­до­ва­тель­но­сти рас­по­ло­же­ния нук­лео­ти­дов в це­пи, и про­яв­ля­ет­ся в об­ра­зо­ва­нии ха­рак­тер­ных из­ги­бов и из­ло­мов. Та­кие осо­бен­но­сти струк­ту­ры мо­ле­ку­лы ДНК, не­со­мнен­но, долж­ны быть свя­за­ны с её функ­цио­ни­ро­ва­ни­ем.

При на­ли­чии в мо­ле­ку­ле ДНК по­вто­ряю­щих­ся по­сле­до­ва­тель­но­стей (па­лин­дро­мов) мо­гут фор­ми­ро­вать­ся па­ры не толь­ко ме­ж­ду ос­но­ва­ния­ми про­ти­во­по­лож­ных це­пей, но и в пре­де­лах од­ной це­пи, что соз­да­ёт воз­мож­ность об­ра­зо­ва­ния свя­зан­ных во­до­род­ны­ми свя­зя­ми свое­об­раз­ных шпи­лек с пет­ля­ми.

При по­вы­ше­нии темп-ры или рН раст­во­ров ДНК, в при­сут­ст­вии ря­да ор­га­нич. ве­ществ и др. со­еди­не­ний про­ис­хо­дит де­на­ту­ра­ция ДНК – раз­рыв во­до­род­ных свя­зей ме­ж­ду па­ра­ми ос­но­ва­ний и раз­ру­ше­ние ре­гу­ляр­ной струк­ту­ры двой­ной спи­ра­ли, ко­то­рое за­вер­ша­ет­ся пол­ным раз­де­ле­ни­ем це­пей. Бла­го­да­ря коо­пе­ра­тив­но­му ха­рак­те­ру внут­ри­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий, ста­би­ли­зи­рую­щих двой­ную спи­раль, этот про­цесс на­по­ми­на­ет фа­зо­вый пе­ре­ход и по­это­му на­зы­ва­ет­ся плав­ле­ни­ем ДНК. В ус­ло­ви­ях, оп­ти­маль­ных для об­ра­зо­ва­ния двой­ной спи­ра­ли, отд. ком­пле­мен­тар­ные це­пи ДНК спо­соб­ны ре­ас­со­ции­ро­вать с вос­ста­нов­ле­ни­ем ис­ход­ной дву­спи­раль­ной струк­ту­ры (ре­на­ту­ра­ция ДНК). Это свой­ст­во ле­жит в ос­но­ве ме­то­да мо­ле­ку­ляр­ной гиб­ри­ди­за­ции нук­леи­но­вых ки­слот, ко­то­рый по­зво­ля­ет вы­яв­лять сте­пень сход­ст­ва нук­лео­тид­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей мо­ле­кул ДНК или ДНК и РНК, осо­бен­но­сти их ор­га­ни­за­ции, в т.  ч. на­ли­чие и чис­ло по­вто­ров (см. Нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти).

По­сле­до­ва­тель­ность че­ре­до­ва­ния нук­лео­тид­ных ос­тат­ков в ДНК (пер­вич­ная струк­ту­ра) у раз­ных ор­га­низ­мов стро­го ин­ди­ви­ду­аль­на и слу­жит важ­ней­шей ха­рак­те­ри­сти­кой, от­ли­чаю­щей од­ну мо­ле­ку­лу ДНК от дру­гой и со­от­вет­ст­вен­но один ген или один ре­гу­ля­тор­ный ге­не­тич. эле­мент от дру­го­го. Раз­ме­ры мо­ле­кул ДНК варь­и­ру­ют от не­сколь­ких ты­сяч пар нук­лео­ти­дов (т. п. н.) у плаз­мид и не­ко­то­рых ви­ру­сов до со­тен т. п. н. у выс­ших ор­га­низ­мов. Со­дер­жа­ние ДНК в раз­ных ор­га­низ­мах так­же раз­лич­но и по чис­лу об­ра­зую­щих её нук­лео­ти­дов со­став­ля­ет от 5·10⁶ у бак­те­рий до 2·10¹¹ пар нук­лео­ти­дов (п. н.) у выс­ших рас­те­ний (в рас­чё­те на га­п­ло­ид­ный ге­ном). Эти ги­гант­ские мо­ле­ку­лы чрез­вы­чай­но ком­пакт­но упа­ко­ва­ны в клет­ках или ви­ру­сах. В про­ка­рио­тич. нук­лео­ти­де та­кая ук­лад­ка под­дер­жи­ва­ет­ся не­боль­шим ко­ли­че­ст­вом спец. бел­ков и, ве­ро­ят­но, ри­бо­нук­леи­но­вы­ми ки­сло­та­ми (РНК). Опи­са­но неск. уров­ней упа­ков­ки эу­ка­рио­ти­че­ской ДНК с по­мо­щью уни­вер­саль­но­го на­бо­ра гис­то­нов и не­ко­то­рых не­гис­то­но­вых бел­ков, при­во­дя­щих к об­ра­зо­ва­нию осн. ком­по­нен­та хро­мо­со­мы – хро­ма­ти­на. Напр., дли­на ДНК са­мой боль­шой хро­мо­со­мы че­ло­ве­ка рав­на 8 см, но в хро­мо­со­ме (в со­стоя­нии ми­то­за) она не пре­вы­ша­ет 5 мкм.

В яд­рах эу­ка­ри­от (за ис­клю­че­ни­ем га­мет) ДНК пред­став­ле­на дву­мя ко­пия­ми. Ка­ж­дая про- и эу­ка­рио­ти­че­ская хро­мо­со­ма со­дер­жит толь­ко од­ну мо­ле­ку­лу дву­спи­раль­ной ДНК. Ге­ном по­дав­ляю­ще­го боль­шин­ст­ва ви­ру­сов так­же пред­став­лен дву­спи­раль­ной ДНК, и лишь не­ко­то­рые фа­ги в ка­че­ст­ве ге­ном­ной со­дер­жат од­но­тя­же­вую коль­це­вую или ли­ней­ную мо­ле­ку­лу ДНК.

В коль­цо замк­ну­ты мо­ле­ку­лы дву­ни­те­вых ДНК про­ка­рио­тич. хро­мо­со­мы, плаз­мид и мн. ви­ру­сов, ДНК ми­то­хон­д­рий и хло­ро­пла­стов. При этом ес­ли цепь ко­ва­лент­но-не­пре­рыв­на (т. е. все фос­фо­ди­эфир­ные свя­зи замк­ну­ты), то цик­лич. ДНК мо­гут на­хо­дить­ся в сверх­спи­ра­ли­зо­ван­ной фор­ме, ко­гда ни­ти двой­ной спи­ра­ли мно­го­крат­но за­це­п­ле­ны друг с дру­гом. В клет­ке сверх­вит­ки соз­да­ют­ся и раз­ру­ша­ют­ся фер­мен­та­ми то­пои­зо­ме­ра­за­ми. Цик­ли­че­ская сверх­спи­ра­ли­зо­ван­ная ДНК об­ла­да­ет оп­ре­де­лён­ным за­па­сом энер­гии по срав­не­нию с её ли­ней­ной фор­мой, по­это­му об­ра­зо­ва­ние сверх­вит­ков важ­но для функ­цио­ни­ро­ва­ния ДНК (напр., по­зво­ля­ет раз­ре­шать то­по­ло­гич. труд­но­сти, воз­ни­каю­щие при ре­п­ли­ка­ции). Кро­ме то­го, бла­го­да­ря на­ли­чию сверх­вит­ков мо­гут об­ра­зо­вы­вать­ся не­обыч­ные струк­ту­ры в её мак­ро­мо­ле­ку­ле: кре­сто­об­раз­ные струк­ту­ры (в па­лин­дро­мах), Z-фор­ма, три­ни­те­вые уча­ст­ки, или т. н. Н-фор­ма (в го­мо­пу­рин-го­мо­пи­ри­ми­ди­но­вых бло­ках).

Био­син­тез ДНК (ре­п­ли­ка­ция) осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём мат­рич­но­го син­те­за при уча­стии фер­мен­тов ДНК-по­ли­ме­раз со­вме­ст­но с боль­шой груп­пой вспо­мо­гат. бел­ков и на­хо­дит­ся под кон­тро­лем спец. ре­гу­ля­тор­ных сис­тем клет­ки. In vitro лю­бой уча­сток ДНК мо­жет быть ам­пли­фи­ци­ро­ван с по­мо­щью по­ли­ме­раз­ной цеп­ной ре­ак­ции. В хо­де ре­п­ли­ка­ции in vivo, а так­же по­сле её окон­ча­ния про­ис­хо­дит ме­ти­ли­ро­ва­ние не­боль­шо­го чис­ла оп­ре­де­лён­ных ос­тат­ков ци­то­зи­на с об­ра­зо­ва­ни­ем 5-ме­тил­ци­то­зи­на, пред­став­ляю­щее со­бой спе­ци­фич. про­цесс мо­ди­фи­ка­ции ДНК, не­по­сред­ст­вен­но свя­зан­ный с её по­сле­дую­щим функ­цио­ни­ро­ва­ни­ем. Ме­ти­ли­ро­ва­ние и де­ме­ти­ли­ро­ва­ние ДНК иг­ра­ют важ­ную роль в про­цес­сах эм­брио- и га­ме­то­ге­не­за.

В хо­де жиз­не­дея­тель­но­сти ор­га­низ­мов их ДНК под влия­ни­ем внеш­них фак­то­ров мо­жет под­вер­гать­ся разл. по­вре­ж­даю­щим воз­дей­ст­ви­ям, со­про­во­ж­даю­щим­ся на­ру­ше­ни­ем струк­ту­ры азо­ти­стых ос­но­ва­ний. В хо­де эво­лю­ции клет­ки вы­ра­бо­та­ли за­щит­ные ме­ха­низ­мы, обес­пе­чи­ваю­щие вос­ста­нов­ле­ние ис­ход­ной струк­ту­ры – ре­па­ра­цию ДНК.

В клет­ке ДНК рас­ще­п­ля­ет­ся спе­ци­фич. фер­мен­та­ми – де­зок­си­ри­бо­нук­леа­за­ми. Сре­ди них наи­бо­лее из­вест­ны эн­до­нук­леа­зы ре­ст­рик­ции, за­щи­щаю­щие клет­ку от чу­же­род­ной ДНК и ши­ро­ко при­ме­няе­мые в ге­не­тич. ин­же­не­рии.

В нач. 1970-х гг. Ф. Сен­ге­ром и др. бы­ли раз­ра­бо­та­ны эф­фек­тив­ные ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния по­сле­до­ва­тель­но­сти нук­лео­ти­дов в мо­ле­ку­лах ДНК (см. Се­к­ве­ни­ро­ва­ние). В кон. 20 в. на ос­но­ве этих ме­то­дов соз­да­на мощ­ная ав­то­ма­ти­зир. тех­но­ло­гия се­к­ве­ни­ро­ва­ния ДНК, с по­мо­щью ко­то­рой оп­ре­де­ле­на пер­вич­ная струк­ту­ра ДНК пол­ных ге­но­мов мн. ви­ру­сов, ми­то­хон­д­рий, хло­ро­пла­стов, бак­те­рий, рас­те­ний и жи­вот­ных. К 2004 бы­ло за­вер­ше­но оп­ре­де­ле­ние нук­лео­тид­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти прак­ти­че­ски все­го ге­но­ма че­ло­ве­ка (бо­лее трёх млрд. п. н.). Эти ра­бо­ты сти­му­ли­ро­ва­ли раз­ви­тие био­ин­фор­ма­ти­ки и по­ло­жи­ли на­ча­ло но­во­му раз­де­лу мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки – ге­но­ми­ке.

Ин­фор­ма­ция о нук­лео­тид­ных по­сле­до­ва­тель­но­стях ДНК ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся при соз­да­нии ре­ком­би­нант­ных ДНК – мо­ле­кул с за­дан­ны­ми свой­ст­ва­ми, вклю­чаю­щих струк­тур­ные эле­мен­ты ДНК раз­ных ор­га­низ­мов (см. Ге­не­ти­че­ская ин­же­не­рия), а так­же при кон­ст­руи­ро­ва­нии но­вых бел­ков (см. Бел­ко­вая ин­же­не­рия). Зна­ние пер­вич­ной струк­ту­ры ДНК важ­но при ана­ли­зе на­следств. и он­ко­ло­гич. за­бо­ле­ва­ний, иден­ти­фи­ка­ции лич­но­сти (см. ДНК-ти­пи­ро­ва­ние), при ам­пли­фи­ка­ции и вы­де­ле­нии оп­ре­де­лён­ных ге­нов, ре­гу­ля­тор­ных эле­мен­тов и др. функ­цио­наль­но важ­ных уча­ст­ков ДНК.

Структура и форма ДНК | Спросите у биолога

показать/скрыть слова, чтобы узнать

Хромосома: длинная нитевидная молекула, состоящая из химического вещества, называемого ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая удерживается вместе с помощью специальных белков и видна (в сильный микроскоп) во время деление клетки. .. подробнее

Молекула: химическая структура, состоящая из двух или более атомов, связанных друг с другом химической связью. Вода представляет собой молекулу из двух атомов водорода и одного атома кислорода (h3O)… подробнее

Структура ДНК

Изображение Madprime через Wikimedia Commons.

Более пристальный взгляд на химическую структуру ДНК показывает четыре основных строительных блока. Мы называем эти азотистые основания: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). ДНК также включает сахара и фосфатные группы (состоящие из фосфора и кислорода). Они составляют фосфатно-дезоксирибозный остов.

Если представить структуру ДНК в виде лестницы, то ступени лестницы (куда бы вы положили руки) состоят из азотистых оснований. Эти основания соединяются, чтобы сделать каждую ступеньку лестницы. Они также только соединяются определенным образом. (A) всегда сочетается с (T), а (G) всегда сочетается с (C). Это очень важно, когда пришло время скопировать всю или часть ДНК.

Форма ДНК

Самая распространенная форма ДНК, которую изображают художники и ученые, очень похожа на извилистую лестницу. Ученые называют это двойной спиралью. ДНК также сворачивается и скручивается в более сложные формы. Спиральная форма делает его очень маленьким. На самом деле, он достаточно мал, чтобы легко поместиться в любой из наших клеток. Это довольно удивительный подвиг, когда вы узнаете, что ДНК одной клетки, если ее развернуть, растянется на шесть футов (почти два метра).

ДНК не просто хранит информацию. Он также может создавать копии самого себя. Для этого он сначала должен распаковать азотистые основания. Все пары «AT» и «GC» разделены. Таким образом, ДНК состоит из двух одиночных цепей. В этот момент создаются новые пары вместе с новым фосфатным остовом, чтобы создать две новые копии ДНК. Каждая отдельная нить затем соединяется с правильным комплементарным основанием, чтобы создать новый двухцепочечный фрагмент ДНК. Копии будут совпадать, потому что только «A» соединяется с «T» и только «G» соединяется с «C».

Дополнительные изображения NIH.

Подробнее о: Основы ДНК

Просмотр цитирования

Библиографические данные:

• Статья: Структура и форма ДНК
• Автор(ы): д.б.н.
• Издатель: Школа естественных наук Университета штата Аризона Ask A Biologist
• Название сайта: ASU — Спросите у биолога
• Дата публикации: 24 апреля 2010 г.
• Дата обращения: 10 ноября 2022 г.
• Ссылка: https://askabiologist.asu.edu/dna-shape-and-structure

APA Style

Доктор биологии. (2010, 24 апреля). Структура и форма ДНК. АГУ — Спросите у биолога. Получено 10 ноября 2022 г. с https://askabiologist.asu.edu/dna-shape-and-structure

Американской психологической ассоциации. Для получения дополнительной информации см. http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/560/10/

Чикагское руководство по стилю

Доктор биологии. «Структура и форма ДНК». АГУ — Спросите у биолога. 24 апреля 2010 г. https://askabiologist.asu.edu/dna-shape-and-structure

Для получения дополнительной информации см. http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/717/04/

MLA 2017 Style

Доктор биологии. «Структура и форма ДНК». АГУ — Спросите у биолога. 24 апреля 2010 г. ASU — Спросите у биолога, Интернет. 10 ноября 2022 г. https://askabiologist.asu.edu/dna-shape-and-structure

Ассоциация современного языка, 7-е изд. Для получения дополнительной информации см. http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/747/08/

Хромосомы человека свернуты в компактную форму. Каждая пара хромосом окрашена, чтобы ее было легче идентифицировать.

Как окружающая среда может влиять на ДНК? Узнайте больше в статье «Спросите антрополога», посвященной управлению кодом.

Увидеть ДНК

Примите участие в акции

Спросите у биолога

Выступив добровольно или просто отправив нам отзыв на сайте. Ученые, учителя, писатели, иллюстраторы и переводчики важны для программы. Если вы заинтересованы в помощи с веб-сайтом, у нас есть страница волонтеров, чтобы начать процесс.

  Пожертвовать

Поделиться этой страницей:

Опубликовать в Google Classroom

Форма ДНК, генетические коды и эволюция

1. King MC, Wilson AC. Эволюция на двух уровнях у человека и шимпанзе. Наука. 1975; 188: 107–116. [PubMed] [Google Scholar]

2. Добжанский Т. Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции. Американский учитель биологии. 1973; 35: 125–129. [Google Scholar]

3.
Parker SCJ, Hansen L, Abaan HO, Tullius TD, Margulies EH. Локальная топография ДНК коррелирует с функциональными некодирующими областями генома человека. Наука. 2009 г.;324:389–392. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• В этой статье представлен новый метод оценки эволюционных ограничений, основанный на форме ДНК, и показано, что более 10% генома человека находится в стадии отбора по структуре. Особое значение имеет тот факт, что большая часть функциональных геномных элементов встречается в областях, которые находятся под структурным ограничением.

4. Консорциум проекта ENCODE Идентификация и анализ функциональных элементов в 1% генома человека в рамках пилотного проекта ENCODE. Природа. 2007;447:799–816. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

5.
Ицковиц С., Ходис Э., Сигал Э. Перекрывающиеся коды в последовательностях, кодирующих белок. Геном Res. 2010;20:1582–1589. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• В этом исследовании представлен умный метод измерения содержания информации в кодирующих последовательностях. Авторы обнаружили, что кодирующие последовательности разных типов кодируют информацию, выходящую за рамки стандартного генетического кода.

6. Lampe X, Samad OA, Guiguen A, Matis C, Remacle S, Picard JJ, Rijli FM, Rezsohazy R. Ультраконсервативный чувствительный элемент Hox-Pbx находится в кодирующей последовательности Hoxa2 и активен в ромбомере 4. Нуклеиновые Кислоты Res. 2008; 36:3214–3225. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

7. Донг Х, Навратилова П., Фредман Д., Драйвнес
Ø
, Беккер Т.С., Ленхард Б. Экзонные остатки дупликации всего генома обнаруживают цис-регуляторную функцию кодирующих экзонов. Нуклеиновые Кислоты Res. 2010;38:1071–1085. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

8. Barthel KKB, Liu X. Усилитель транскрипции из кодирующей области ADAMTS5. ПЛОС ОДИН. 2008;3:e2184. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

9. Tümpel S, Cambronero F, Sims C, Krumlauf R, Wiedemann LM. Регуляторный модуль, встроенный в кодирующую область Hoxa2, контролирует экспрессию в ромбомере 2. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105:20077–20082. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

10. Чен Х.П., Лин А., Блум Дж.С., Хан А.Х., Парк К.С., Смит Д.Дж. Скрининг выявляет консервативные и неконсервативные регуляторные элементы транскрипции, включая энхансер кодирующей области АРОЕ, зависящий от аллеля Е3/Е4. Геномика. 2008; 92: 292–300. [PubMed] [Google Scholar]

11. Baisnée PF, Baldi P, Brunak S, Pedersen AG. Гибкость генетического кода по отношению к структуре ДНК. Биоинформатика. 2001; 17: 237–248. [PubMed] [Google Scholar]

12. Рохс Р., Уэст С.М., Лю П., Хониг Б. Нюанс двойной спирали и ее роль в распознавании белок-ДНК. Curr Opin Struct Biol. 2009 г.;19:171–177. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

13. Gaffney DJ, Blekhman R, Majewski J. Избирательные ограничения в экспериментально определенных регуляторных регионах приматов. Генетика PLoS. 2008;4:e1000157. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

14. Санчес-Грасиа А., Ромеро-Посуэло Дж., Феррус А. Два фрекенина у дрозофилы: раскрытие эволюционной истории необычного дублирования нейронного датчика кальция (NCS). БМС Эвол Биол. 2010;10:54. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

15. Неварез П.А., ДеБовер К.М., Фриланд Б.Дж., Куитт М.А., Буш Э.К. Смещения, зависящие от контекста, варьируются в пределах генома человека. Биоинформатика BMC. 2010;11:462. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

16. Chen C-H, Chuang T-J, Liao B-Y, Chen F-C. Сканирование сигнатур положительного отбора для вставок и делеций, специфичных для человека. Геном Биол Эвол. 2009; 1: 415–419. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

17. Сатьяприя Р., Виджаябаскар М.С., Вишвешвара С. Взгляд на взаимодействие белок-ДНК с помощью структурного сетевого анализа. PLoS Comput Biol. 2008;4:e1000170. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

18. Мидер С., Понтинг С.П., Лунтер Г. Массовый обмен функциональной последовательностью в геномах человека и других млекопитающих. Геном Res. 2010;20:1335–1343. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

19. Meireles-Filho ACA, Stark A. Сравнительная геномика генной регуляции-консервации и расхождения цис-регуляторной информации. Curr Opin Genet Dev. 2009; 19: 565–570. [PubMed] [Google Scholar]

20. Gardiner EJ, Hunter C, Lu X, Willett P. Анализ структурного сходства двойной спирали ДНК. Дж Мол Биол. 2004;343:879–889. [PubMed] [Google Scholar]

21. Гринбаум Дж. А., Панг Б., Туллиус Т. Построение структурной карты в масштабе генома с разрешением в один нуклеотид. Геном Res. 2007; 17: 947–953. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

22.
Рохс Р., Уэст С.М., Сосинский А., Лю П., Манн Р.С., Хониг Б. Роль формы ДНК в распознавании белков-ДНК. Природа. 2009; 461:1248–1253. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• Эта важная статья установила широко распространенный механизм селективного распознавания ДНК. Ключевой особенностью этого механизма распознавания является то, что он основан на взаимодействии формы ДНК и электростатического потенциала малой бороздки и, таким образом, представляет собой геномный сигнал, кодируемый формой ДНК.

23.
Китайнер М., Розенберг Х., Рохс Р., Суад О., Рабинович Д., Хониг Б., Шакед З. Разнообразие в распознавании ДНК p53, выявленное кристаллическими структурами с парами оснований Хугстина. Nature Struct Mol Biol. 2010; 17: 423–429. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• В этой статье сообщается о замечательном открытии пар оснований Хугстина в комплексе р53-ДНК. Узкая малая бороздка и сопутствующий отрицательный электростатический потенциал, возникающие в результате пары оснований Хугстина, распознаются незаменимым аргининовым остатком p53. Эта структура открывает новый способ изменения формы ДНК для формирования сайта узнавания.

24.
Стелла С., Касио Д., Джонсон Р.С. Форма малой бороздки ДНК определяет связывание ДНК-изгибающего белка Fis. Джинс Девель. 2010; 24:814–826. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• В этой статье используется очень большой набор рентгеновских структур комплексов Fis-ДНК для уточнения деталей того, как белок распознает сайт связывания с высоким сродством. Наличие этого замечательного каталога структур ДНК-белкового комплекса позволяет вывести механизм распознавания, зависящего от формы ДНК.

25.
Locasale JW, Napoli AA, Chen S, Berman HM, Lawson CL. Признаки узнавания белок-ДНК в свободных сайтах связывания ДНК. Дж Мол Биол. 2009; 386:1054–1065. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• Эта статья представляет веские аргументы в пользу решения трехмерных структур голых молекул ДНК, которые также связаны с белком в комплексе белок-ДНК. К сожалению, в настоящее время существует очень мало примеров, но из результатов, представленных в этой статье, становится ясно, что из таких структурных сравнений можно будет извлечь важную информацию о распознавании белок-ДНК.

26. Li WH, Wu CI, Luo CC. Новый метод оценки синонимичных и несинонимичных скоростей замены нуклеотидов с учетом относительной вероятности изменений нуклеотидов и кодонов. Мол Биол Эвол. 1985; 2: 150–174. [PubMed] [Google Scholar]

27. Jiang C, Pugh BF. Позиционирование нуклеосом и регуляция генов: прогресс в геномике. Природа Преподобный Жене. 2010;10:161–172. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

28. Radman-Livaja M, Rando O. Позиционирование нуклеосом: как оно установлено и почему это важно? Дев биол. 2010;339: 258–266. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

29. Segal E, Widom J. Что контролирует положение нуклеосом? Тенденции Жене. 2009; 25: 335–343. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

30. Иошихес И.П., Альберт I, Зантон С.Дж., Пью Б.Ф. Положения нуклеосом, предсказанные с помощью сравнительной геномики. Природа Жене. 2006; 38: 1210–1215. [PubMed] [Google Scholar]

31. Kaplan N, Moore I, Fondufe-Mittendorf Y, Gossett A, Tillo D, Field Y, Leproust E, Hughes T, Lieb J, Widom J, et al. ДНК-кодируемая нуклеосомная организация эукариотического генома. Природа. 2009 г.;458:362–366. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

32. Толсторуков М.Ю., Коласанти А.В., МакКэндлиш Д., Олсон В.К., Журкин В.Б. Новый механизм укладки ДНК в хроматине «катись и скользи». Последствия для нуклеосомного позиционирования. Дж Мол Биол. 2007; 371: 725–738. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

33. Tillo D, Hughes TR. Содержание G + C доминирует над внутренней занятостью нуклеосом. Биоинформатика BMC. 2009;10:442. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

34. Hughes A, Rando OJ. «Программирование» хроматина последовательностью — есть ли в нуклеосомном коде нечто большее, чем %GC? Дж. Биол. 2009 г.;8:96. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

35. Segal E, Widom J. Поли(dA:dT) тракты: основные детерминанты организации нуклеосом. Curr Opin Struct Biol. 2009;19:65–71. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

36. Sugihara F, Kasahara K, Kokubo T. Сильно перекрывающаяся функция нескольких AT-богатых последовательностей в качестве основных промоторных элементов в промоторе RPS5 без TATA Saccharomyces cerevisiae. Нуклеиновые Кислоты Res. 2011;39:59–75. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

37. Miele V, Vaillant C, d’Aubenton-Carafa Y, Thermes C, Grange T. Физические свойства ДНК определяют занятость нуклеосомами от дрожжей до мух. Нуклеиновые Кислоты Res. 2008; 36: 3746–3756. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

38. Бэббит Г.А., Ким Ю. Вывод естественного отбора на мелкомасштабную организацию хроматина у дрожжей. Мол Биол Эвол. 2008; 25:1714–1727. [PubMed] [Google Scholar]

39. Бэббит Г.А., Толсторуков М.Ю., Ким Ю. Молекулярная эволюция позиционирования нуклеосом посредством зависимой от последовательности деформации полимера ДНК. J Biomol Struct Dynam. 2010;27:765–780. [PubMed] [Академия Google]

40.
Кенигсберг Э., Бар А., Сегал Э., Танай А. Широко распространенная компенсаторная эволюция сохраняет кодируемую ДНК нуклеосомную организацию у дрожжей. PLoS Comput Biol. 2010;6:e1001039. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• Тщательный анализ паттернов замен у дрожжей в сочетании с данными о позиционировании нуклеосом с высоким разрешением показал, что существует пространственное сцепление компенсаторных мутаций. Эти паттерны мутаций служат для поддержания позиционирования нуклеосом, демонстрируя прямую связь между организацией хроматина и эволюцией последовательности.

41.
Бэббит Г.А., Коттер С.Р. Функциональная консервация образования нуклеосом избирательно искажает предположительно нейтральную молекулярную изменчивость в геномах дрожжей. Геном Биол Эвол. 2011;3:15–22. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• В этом исследовании сообщается о сильной антикорреляции между паттернами замещения в дрожжах и основанной на энергетике моделью образования нуклеосом. Эта антикорреляция наиболее высока в точках на остове ДНК, которые взаимодействуют с поверхностью нуклеосомы. Таким образом, существует четкая связь между эволюцией структурных свойств ДНК и позиционированием нуклеосом.

42.
Коханим А.Б., Харан Т.Е. Сосуществование кода позиционирования нуклеосом с генетическим кодом в геномах эукариот. Нуклеиновые Кислоты Res. 2009; 37: 6466–6476. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• В этом исследовании измерялось наличие A- и G-трактов в экзонах дрожжей, червей, арабидопсиса, рыбок данио и человека. Сравнение с данными позиционирования нуклеосом показало, что избегание А-тракта специфично для областей экзонов с хорошо расположенными нуклеосомами, а не для линкерных областей. Эти результаты показывают, что эукариотические геномы используют известные сигналы позиционирования нуклеосом в кодирующих областях.

43. Купер Д.Н., Чен Дж.-М., Болл Э.В., Хауэллс К., Морт М., Филлипс А.Д., Чужанова Н., Кравчак М., Керер-Савацки Х., Стенсон П.Д. Гены, мутации и наследственные заболевания человека на заре эпохи персонализированной геномики. Хум Мут. 2010; 31: 631–655. [PubMed] [Google Scholar]

44. Feero WG, Guttmacher AE, Collins FS. Геномная медицина — обновленный учебник для начинающих. НЭЖМ. 2010;362:2001–2011. [PubMed] [Google Scholar]

45. Hindorff LA, Sethupathy P, Junkins HA, Ramos EM, Mehta JP, Collins FS, Manolio TA. Потенциальные этиологические и функциональные последствия полногеномных ассоциаций локусов для болезней и признаков человека. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106:9362–9367. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

46.
Stitzel ML, Sethupathy P, Pearson DS, Chines PS, Song L, Erdos MR, Welch R, Parker SCJ, Boyle AP, Scott LJ, et al. Глобальный эпигеномный анализ первичных островков поджелудочной железы человека дает представление о локусах предрасположенности к диабету 2 типа. Клеточный метаб. 2010;12:443–455. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• В этом тщательном исследовании авторы использовали различные методы для идентификации регуляторных областей островковых клеток поджелудочной железы человека. Некоторые области встречаются в известных локусах, связанных с диабетом 2 типа, а подмножество проявляет аллель-специфическую энхансерную активность. Это исследование подчеркивает важность всестороннего понимания того, как некодирующие вариации влияют на биологическую функцию.

47.
Sommer WH, Lidström J, Sun H, Passer D, Eskay R, Parker SCJ, Witt SH, Zimmermann US, Nieratschker V, Rietschel M, et al. Вариация промотора NPY человека rs16147:T>C как модератор экспрессии префронтального гена NPY и негативного влияния. Хум Мут. 2010; 31: E1594–1608. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• Изменения формы ДНК, вызванные полиморфизмом одного нуклеотида в некодирующей области генома, связанные с реакцией на стресс, использовались для обнаружения потенциально функциональных некодирующих вариантов. Последующие анализы выявили измеримые биохимические изменения связывания белков и регуляции генов, связанные с этим изменением.

48.
Петри К.Л., Джойс Г.Ф. Глубокий анализ последовательности мутаций, возникающих в результате включения аналогов dNTP. Нуклеиновые Кислоты Res. 2010; 38:8095–8104. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
•• Эта статья представляет собой замечательную иллюстрацию того, как высокопроизводительное секвенирование ДНК может дать новый взгляд на проблему, которая была хорошо изучена в прошлом с использованием менее прямого экспериментального считывания. Вывод авторов о том, что «генотип … имеет значительный фенотип», является провокационным и потенциально далеко идущим по своим последствиям.

49. Gerstein MB, Lu ZJ, Van Nostrand EL, Cheng C, Arshinoff BI, Liu T, Yip KY, Robilotto R, Rechtsteiner A, Ikegami K, et al. Интегративный анализ генома Caenorhabditis elegans в рамках проекта modENCODE. Наука. 2010; 330:1775–1787. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

50. Консорциум modENCODE Идентификация функциональных элементов и регуляторных цепей дрозофилы modENCODE. Наука. 2010; 330:1787–1797. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

51. Weirauch MT, Hughes TR. Консервативное выражение без консервативной регуляторной последовательности: чем больше вещи меняются, тем больше они остаются неизменными. Тенденции Жене. 2010;26:66–74. [PubMed] [Google Scholar]

52. Schmidt D, Wilson MD, Ballester B, Schwalie PC, Brown GD, Marshall A, Kutter C, Watt S, Martinez-Jimenez CP, Mackay S, et al.