Неканонические формы ДНК и их биологическое значение Н.Г.

>Неканонические формы ДНК и их биологическое значение Н.Г. Долинная Неканонические формы ДНК и их биологическое значение Н.Г. Долинная

>

>

>

>

>

>

>

>Стэкинг - взаимодействия Стэкинг - взаимодействия

>

>Плавление ДНК Плавление ДНК

>

>Электронная микроскопия плавления ДНК-дуплекса Электронная микроскопия плавления ДНК-дуплекса

>Ренатурация ДНК С – концентрация одноцепочечных участков k – константа скорости второго порядка t Ренатурация ДНК С – концентрация одноцепочечных участков k – константа скорости второго порядка t – время (сек) С0 - начальная концентрация ДНК

>

>Гибриды ДНК-РНК Гибриды ДНК-РНК

>В-форма ДНК А-форма ДНК В-форма ДНК А-форма ДНК

>

>Канонические структуры ДНК (А- и В- формы)     двойные спирали Канонические структуры ДНК (А- и В- формы) двойные спирали с антипараллельной ориентацией цепей правозакрученные стабилизированы Уотсон-Криковскими парами оснований (A-T, G-C) плектонимичные дуплексы (для разделения цепей необходимо раскрутить двойную спираль) вторичная структура всей молекулы может быть выведена из конформации отдельной нуклеотидной пары линейные (неразветвленные) спирали

>Последовательности ДНК, склонные к образованию неканонических форм    повторяющиеся моно-, ди- и Последовательности ДНК, склонные к образованию неканонических форм повторяющиеся моно-, ди- и тринуклеотидные последовательности, включая пурин-пиримидиновые и пурин-пуриновые повторы гомопуриновые–гомопиримидиновые цепи палиндромные последовательности зеркально-симметричные последовательности двойные спирали, содержащие только А-Т пары oligoA-тракты, oligoG-тракты, oligoC-тракты более сложные типы внутренней симметрии

>

>G-quadruplex structures Quadruplex is stabilized by Na+ and especially K+ ions by a size-selective G-quadruplex structures Quadruplex is stabilized by Na+ and especially K+ ions by a size-selective coordination mechanism. K+ ions are sandwiched between G-quartets to give G8-K+-ion octamer. Oligonucleotide G-quadruplexes differ in their chain number and orientation.

>

>i DNA i DNA

>Конформационные переходы в ДНК Конформационные переходы в ДНК

>B-ДНК Бок-о-бок ДНК B-ДНК Бок-о-бок ДНК

>

>Z form of  DNA DNA sequences containing alternating purine and pyrimidine bases have Z form of DNA DNA sequences containing alternating purine and pyrimidine bases have a potential to form the left-handed zigzag Z-DNA, which maintains Watson-Crick base pairing with 12 bp per helical turn d(CG)n / d(CG)n > d(TG)n / d(AC)n > d(TA)n / d(TA)n High ionic strength is required to neutralize the negative charge of phosphate groups which are in close proximity in Z-DNA

>

>Hairpin  (antiparallel  duplex) Two-hairpin  tetraplex with  G-tetrads  Nucleic acid Hairpin (antiparallel duplex) Two-hairpin tetraplex with G-tetrads Nucleic acid α-helix Acid-dependent parallel duplex with A+·A+ and G·G base pairs Acid-independent parallel duplex with A·A and G·G base pairs Repetitive sequence d(AG)n forms 5 different conformations Their occurrence depends on particular condition of pH ionic strength length of repeat DNA concentration type of cations temperature

>a-DNA a-DNA

>Одноцепочечная спираль d(A-G)10  (alpha-DNA) Одноцепочечная спираль d(A-G)10 (alpha-DNA)

>UV melting profiles for d(A-G)30 in 0.001 M Na+ between pH 3.5 – 6.0 UV melting profiles for d(A-G)30 in 0.001 M Na+ between pH 3.5 – 6.0 Acid parallel-stranded DNA-duplex

>A+-A+ G-G A+-A+ G-G

>S1 – cleavage products of d(A-G)10 at pH 7.4 DNA hairpin tetraplex S1 – cleavage products of d(A-G)10 at pH 7.4 DNA hairpin tetraplex

>

>Hemicatenated DNA loops poly(CA)-poly(TG) Hemicatenated DNA loops poly(CA)-poly(TG)

>Non-canonical DNA structures formed by  trinucleotide repeats d(CGG)n/d(CCG)n , d(CAG)n/d(CTG)n, d(GAA)n/d(TTC)n can expand Non-canonical DNA structures formed by trinucleotide repeats d(CGG)n/d(CCG)n , d(CAG)n/d(CTG)n, d(GAA)n/d(TTC)n can expand in vivo leading to human hereditary neurological disorders: Huntington’s disease Friedreich’s ataxia Muscular atrophy Fragile X syndrome and others (>15 diseases) when its length exceeds 100-200 bp. There is a direct link between the propensity of trinucleotide repeats to expand and its ability to form unusual DNA structures

>Fragile X syndrome Fragile X syndrome

>

>

>

>

>DNA triple-stranded structures  Pyrimidine third strands bind parallel to the duplex purine strand DNA triple-stranded structures Pyrimidine third strands bind parallel to the duplex purine strand trough Hoogsteen bonds. Protonation of the third strand cytosines makes the stability of this system pH - dependent. Watson-Crick duplex target The affinity and specificity of third strand binding is affected by a number of factors: target sequence length and composition presence of purine-pyrimidine inversions in DNA-duplex target solution conditions (mono- and divalent ions concentration)

>Reversed Hoogsteen base-triple T-AxT Reversed Hoogsteen base-triple C-GxG Reversed Hoogsteen base-triple T-AxT Reversed Hoogsteen base-triple C-GxG

>Parallel   DNA Canonical (a) and reverse (b) Watson-Crick pairs Parallel DNA Canonical (a) and reverse (b) Watson-Crick pairs

>

>

>Отрицательно-суперскрученные ДНК Отрицательно-суперскрученные ДНК

>

>

>

>

>

>

>

>Двумерный электрофорез плазмидных ДНК Отсутствие конформационного перехода в плазмидной ДНК Наличие конформационного перехода в Двумерный электрофорез плазмидных ДНК Отсутствие конформационного перехода в плазмидной ДНК Наличие конформационного перехода в плазмидной ДНК

>

>Последовательности, склонные к формированию неканонических форм Последовательности, склонные к формированию неканонических форм

>Последовательности, образующие неканонические формы ДНК, относительно редки в прокариотах, но широко распространены в эукариотических Последовательности, образующие неканонические формы ДНК, относительно редки в прокариотах, но широко распространены в эукариотических организмах. Обычно они локализованы в важных участках генома: теломеры хромосом центромерная область горячие точки мутаций промоторные участки генов (часто онкогенов)‏ локусы экспансии тринуклеотидных повторов стык генов легких и тяжелых цепей иммуноглобулина горячие точки рекомбинации