Исследование вероятности возникновения пузырьков денатурации при 2H/1H обмене в молекуле ДНК
УДК
51-76; 53.01DOI:
https://doi.org/10.31429/vestnik-18-3-46-55Аннотация
В работе методами математического моделирования исследована роль единичных замен протия на дейтерий в образовании пузырьков. Показано, что вероятность образования пузырей определенной длины (от 8 до 27 нуклеотидов) зависит от локализации атома дейтерия в молекуле ДНК и может существенно отличаться от вероятности возникновения открытых состояний в целом. Показано, что изменение вероятности возникновения пузырей ДНК различной длины составляет: уменьшение до 83 % и увеличение до 71 % при замене изотопов водорода в 284-й и 376-й парах азотистых оснований соответственно.
Ключевые слова:
дейтерий, математическое моделирование открытых состояний ДНК, ДНК, пузырьки дентурации, водородная связьИнформация о финансировании
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и администрации Краснодарского края в рамках научного проекта № 20-41-235002 и государственного задания ЮНЦ РАН (№ АААА-А19-119040390083-6).
Библиографические ссылки
- Grinevich A.A., Yakushevich L.V. The influence of the DNA torque on the dynamics of transcription bubbles in plasmid PTTQ18 // Journal of Theoretical Biology. 2018. Vol. 453. P. 68–77. DOI: 10.1016/j.jtbi.2018.04.036
- von Hippel P.H., Johnson N.P., Marcus A.H. Fifty years of DNA "breathing": reections on old and new approaches // Biopolymers. 2013. Vol. 99. Iss. 12. P. 923–954. DOI: 10.1002/bip.22347
- Krueger A., Protozanova E., Frank-Kamenetskii M.D. Sequence-dependent basepair opening in DNA double helix // Biophysical Journal. 2006. Vol. 90. Iss. 9. P. 3091–3099. DOI: 10.1529/biophysj.105.078774
- Grinevich A.A., Yakushevich L.V. On the modeling of the motion of a transcription bubble under constant torque // Biophysics. 2016. Vol. 61. Iss. 4. P. 539–546. DOI: 10.1134/S0006350916040126
- Poptsova M.S., Il'Icheva I.A., Nechipurenko D.Y., Panchenko L.A., Khodikov M.V., Oparina N.Y., Polozov R.V., Nechipurenko Y.D., Grokhovsky S.L. Non-random DNA fragmentation in next-generation sequencing // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. P. 4532.
- Shigaev A.S., Ponomarev O.A., Lakhno V.D. Theoretical and experimental investigations of DNA open states // Mathematical Biology and Bioinformatics. 2013. Vol. 8. Iss. 2. P. 553–664. DOI: 10.17537/2018.13.t162
- Manghi M., Destainville N. Physics of base-pairing dynamics in DNA // Physics Reports. 2016. Vol. 631. P. 1–41. DOI: 10.1016/j.physrep.2016.04.001
- Basov A., Drobotenko M., Svidlov A., Gerasimenko E., Malyshko V., Elkina A., Baryshev M., Dzhimak S. Inequality in the frequency of the open states occurrence depends on single 2H/1H replacement in DNA // Molecules. 2020. Vol. 25. Iss. 16. P. 3753. DOI: 10.3390/molecules25163753
- Джимак С.С., Свидлов А.А., Басов А.А., Барышев М.Г., Дроботенко М.И. Влияние единичных замен протия на дейтерий в молекуле ДНК на возникновение открытых состояний // Биофизика. 2018. Т. 63. № 4. С. 643–647. DOI: 10.1134/S0006302918040026 [Dzhimak, S.S., Svidlov, A.A., Basov, A.A., Baryshev, M.G., Drobotenko, M.I. Vliyanie edinichnykh zamen protiya na deyteriy v molekule DNK na vozniknovenie otkrytykh sostoyaniy [Influence of single substitutions of protium for deuterium in the DNA molecule on the occurrence of open states]. Biofizika [Biophysics], 2018, vol. 63, no. 4, pp. 643–647. DOI: 10.1134/S0006302918040026 (In Russian)]
- Dzhimak S.S., Drobotenko M.I., Basov A.A., Svidlov A.A., Fedulova L.V., Lyasota O.M., Baryshev M.G. Mathematical Modeling of Open State in DNA Molecule Depending on the Deuterium Concentration in the Surrounding Liquid Media at Different Values of Hydrogen Bond Disruption Energy // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2018. Vol. 483. P. 359–362. DOI: 10.1134/S1607672918060169
- Halenova T., Zlatskiy I., Syroeshkin A., Maximova T., Pleteneva T. Deuterium-depleted water as adjuvant therapeutic agent for treatment of diet-induced obesity in rats // Molecules. 2020. Vol. 25. № 1. P. 23. DOI: 10.3390/molecules25010023
- Козин С.В., Кравцов А.А., Елкина А.А., Злищева Э.И., Барышева Е.В., Шурыгина Л.В., Моисеев А.В., Барышев М.Г. Изотопное замещение дейтерия на протий в тканях головного мозга крыс изменяет его резистентность к гипоксии // Биофизика. 2019. Т. 64. № 2. C. 362–370. DOI: 10.1134/S0006302919020169 [Kozin, S.V., Kravtsov, A.A., Elkina, A.A., Zlishcheva, E.I., Barysheva, E.V., Shurygina, L.V., Moiseev, A.V., Baryshev, M.G. Izotopnoe zameshchenie deyteriya na protiy v tkanyakh golovnogo mozga krys izmenyaet ego rezistentnost' k gipoksii [Isotopic substitution of protium for deuterium in rat brain tissues changes its resistance to hypoxia]. Biofizika, [Biophysics], 2019, vol. 64, no 2, pp. 362–370. DOI: 10.1134/S0006302919020169 (In Russian)]
- Basov A., Fedulova L., Vasilevskaya E., Dzhimak S. Possible mechanisms of biological effects observed in living systems during 2H/1H isotope fractionation and deuterium interactions with other biogenic isotopes // Molecules. 2019. Vol. 24. Iss. 22. P. 4101. DOI:10.3390/molecules24224101
- Яглова Н.В., Обернихин С.С., Тимохина Е.П., Яглов В.В. Реакция гипофизарно-тиреоидной оси на кратковременное изменение содержания дейтерия в организме // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021. Т. 171. № 2. С. 232–234. DOI: 10.47056/0365-9615-2021-171-2-232-234 [Yaglova, N.V., Obernikhin, S.S., Timokhina, E.P., Yaglov, V.V. Reaktsiya gipofizarno-tireoidnoy osi na kratkovremennoe izmenenie soderzhaniya deyteriya v organizme [The reaction of the pituitary-thyroid axis to a short-term change in the content of deuterium in the body]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine], 2021, vol. 171, no. 2, pp. 232–234. DOI: 10.47056/0365-9615-2021-171-2-232-234 (In Russian)]
- Лобышев В.И., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2О в биологических системах. М.: Наука, 1978. [Lobyshev, V.I., Kalinichenko, L.P. Izotopnye effekty D2O v biologicheskikh sistemakh [Isotope effects of D2O in biological systems]. Nauka, Moscow, 1978. (In Russian)]
- Kosenkov A.V., Gulyaev M.V., Lobyshev V.I., Yusubalieva G.M., Baklaushev V.P. The reversible effect of deuteration on tissue fluid and biopolymers in normal and tumor tissues of mice // Biophysics. 2018. Vol. 63. № 5. P. 820–824. DOI: 10.1134/S0006350918050111
- Лобышева Н.В., Нестеров С.В., Скоробогатова Ю.А., Лобышев В.И. Функциональная активность митохондрий в водной среде с уменьшенным содержанием дейтерия // Биофизика. 2020. Т. 65. № 2. С. 315–319. DOI: 10.31857/S0006302920020131 [Lobysheva, N.V., Nesterov, S.V., Skorobogatova, Yu.A., Lobyshev, V.I. Funktsional'naya aktivnost' mitokhondriy v vodnoy srede s umen'shennym soderzhaniem deyteriya [Functional activity of mitochondria in an aquatic environment with a reduced deuterium content]. Biofizika [Biophysics], 2020, vol. 65, no. 2, pp. 315–319. DOI: 10.31857/S0006302920020131 (In Russian)]
- Zlatskiy I., Pleteneva T., Skripnikov A., Grebennikova T., Maksimova T., Antipova N., Levitskaya O., Makarova M., Selivanenko I., Syroeshkin A. Dependence of Biocatalysis on D/H Ratio: Possible Fundamental Differences for High-Level Biological Taxons // Molecules. 2020. Vol. 25. P. 4173. DOI: 10.3390/molecules25184173
- Козин С.В., Кравцов А.А., Туроверов К.К., Фонин А.В., Чихиржина Е.В., Малышко В.В., Моисеев А.В., Чуркина А.В. Изменение функциональной активности пероксидазы хрена и бычьего сывороточного альбумина в средах с различным изотопным 2H/1H составом // Биофизика. 2020. Т. 65. № 2. С. 229–236. DOI: 10.31857/S0006302920020039 [Kozin, S.V., Kravtsov, A.A., Turoverov, K.K., Fonin, A.V., Chikhirzhina, E.V., Malyshko, V.V., Moiseev, A.V., Churkina, A.V. Izmenenie funktsional'noy aktivnosti peroksidazy khrena i bych'ego syvorotochnogo al'bumina v sredakh s razlichnym izotopnym 2H/1H sostavom [Changes in the functional activity of horseradish peroxidase and bovine serum albumin in media with different isotopic 2H/1H composition]. Biofizika [Biophysics], 2020, vol. 65, no. 2, pp. 229–236. DOI: 10.31857/S0006302920020039 (In Russian)]
- Zhang X., Gaetani M., Chernobrovkin A., Zubarev R.A. Anticancer effect of deuterium depleted water - Redox disbalance leads to oxidative stress // Molecular and Cellular Proteomics. 2019. Vol. 18. № 12. P. 2373–2387. DOI: 10.1074/mcp.RA119.001455
- Yaglova N.V., Obernikhin S.S., Yaglov V.V., Nazimova S.V. Time-dependent effect of deuterium depletion on tumor growth and metastasis // Russian Open Medical Journal. 2020. Vol. 9. Iss. 2. P. e0210.
- Basov A.A., Kozin S.V., Bikov I.M., Popov K.A., Moiseev A.V., Elkina A.A., Dzhimak S.S. Changes in prooxidant-antioxidant system indices in the blood and brain of rats with modelled acute hypoxia which consumed a deuterium-depleted drinking diet // Biology Bulletin. 2019. Vol. 46. Iss. 6. P. 531–535. DOI: 10.1134/S1062359019060049
- Яглова Н.В., Обернихин С.С., Тимохина Е.П., Диатроптова М.А., Диатроптов М.Е., Яглов В.В. Влияние уменьшения поступления дейтерия в организм на процессы терморегуляции // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021. Т. 171. № 5. С. 538–542. [Yaglova, N.V., Obernikhin, S.S., Timokhina, E.P., Diatroptova, M.A., Diatroptov, M.E., Yaglov, V.V. Vliyanie umen'sheniya postupleniya deyteriya v organizm na protsessy termoregulyatsii [The effect of a decrease in the intake of deuterium in the body on the processes of thermoregulation]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine], 2021, vol. 171, no. 5, pp. 538–542. (In Russian)]
- Englander S.W., Kallenbach N.R., Heeger A.J., Krumhansl J.A., Litwin A. Nature of the open state in long polynucleotide double helices: possibility of soliton excitations // PNAS. 1980. Vol. 77. Iss. 12. P. 7222–7226. DOI: 10.1073/pnas.77.12.7222
- Muto V., Scott A.C., Christiansen P.L. Microwave and thermal generation of solitons in DNA // Journal de Physique Colloques. 1989. Vol. 50. P. 217–222.
- Christiansen P.L., Lomdahl P.C., Muto V. On a Toda lattice model with a transversal degree of freedom // Nonlinearity. 1990. Vol. 4. P. 477–501.
- Ichikawa Y.H., Konno K., Wadati M. Non-linear transverse oscillation of elastic beam under tension // Journal of the Physical Society. 1981. Vol. 50. P. 1799–1802.
- Scott A.C. A nonlinear Klein-Gordon equation // American Journal of Physics. 1969. Vol. 37. P. 52–61.
- Gaeta G. Solitons in the Yakushevich model of DNA beyond the contact approximation // Physical Review E. 2006. Vol. 74. P. 021921. DOI: 10.1103/PhysRevE.74.021921
- Yakushevich L.V., Krasnobaeva L.A. Forced Oscillations of DNA Bases // Biophysics. 2016. Vol. 61. Iss. 2. P. 241–250.
- Джимак С.С., Дроботенко М.И., Басов А.А., Свидлов А.А., Барышев М.Г. Математическое моделирование учета открытых состояний в зависимости от 2H/1H соотношения в двухцепочечной молекуле ДНК // Математическая биология и биоинформатика. 2019. Т. 14. Iss. 2. С. 612–624. DOI: 10.17537/2019.14.612 [Dzhimak, S.S., Drobotenko, M.I., Basov, A.A., Svidlov, A.A., Baryshev, M.G. Matematicheskoe modelirovanie uche [Mathematical modeling of accounting for open states depending on the 2H/1H ratio in a double-stranded DNA molecule]. Matematicheskaya biologiya i bioinformatika [Mathematical Biology and Bioinformatics], 2019, vol. 14, iss. 2, pp. 612–624. DOI: 10.17537/2019.14.612 (In Russian)]
- Дроботенко М.И., Джимак С.С., Свидлов А.А., Басов А.А., Лясота О.М., Барышев М.Г. Математическая модель двухцепочечной молекулы ДНК с учетом открытых состояний // Биофизика. 2018. Т. 63. № 2. С. 258–264. [Drobotenko, M.I., Dzhimak, S.S., Svidlov, A.A., Basov, A.A., Lyasota, O.M., Baryshev, M.G. Matematicheskaya model' dvukhtsepochechnoy molekuly DNK s uchetom otkrytykh sostoyaniy [Mathematical model of a double-stranded DNA molecule taking into account open states]. Biofizika [Biophysics], 2018, vol. 63, no. 2, pp. 258–264.]
- Yakushevich L. On the mechanical analogue of DNA // Journal of Biological Physics. 2017. Vol. 43. Iss. 1. P. 113–125. DOI: 10.1007/s10867-016-9437-0
- Джимак С.С., Свидлов А.А., Барышев М.Г., Дроботенко М.И., Елкина А.А. Расчёт вероятности возникновения пузырьков денатурации в молекуле ДНК. Свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ № 2021618296. Опубликовано: 25.05.2021. [Dzhimak, S.S., Svidlov, A.A., Baryshev, M.G., Drobotenko, M.I., Elkina, A.A. Raschet veroyatnosti vozniknoveniya puzyr'kov denaturatsii v molekule DNK [Calculation of the probability of the appearance of bubbles of denaturation in the DNA molecule]. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programmy EVM № 2021618296 [Certificate of state registration of the computer program No. 2021618296. Published: 25.05.2021.]. Published: 25.05.2021. (In Russian)]
Скачивания

Загрузки
Даты
Поступила в редакцию
Принята к публикации
Публикация
Как цитировать
Лицензия
Copyright (c) 2021 Елкина А.А., Малышко .В., Герасименко Е.О., Литвинов Д.А., Голдобин И.Н., Джимак С.С.

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.