29. Моделирование влияния мутаций

Рассмотрим теперь вторую проблему – исследование и моделирование влияния мутаций на регуляторные механизмы функции. Взаимодействие регуляторных белков с ДНК требует тонкого стереохимического соответствия между ними и сайтами их связывания. Пример ДНК-белкового комплекса между транскрипционным фактором USF человека и сайтом его связывания показан на этом рисунке. Мутационные нарушения конформации ДНК, нарушающие тонкое соответствие между сайтами и регуляторными белками – одна из причин возникновения молекулярных патологий.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МУТАЦИЙ:

ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ДНК-БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА

30. Моделирование влияния мутаций: конформационные особенности

настоящее время доказано наличие специального конформационного кода двойной спирали ДНК, записываемого в ее нуклеотидной последовательности. Например, конформационный параметр, описывающий взаимную ориентацию соседних комплементарных пар в спирали ДНК (угол спирального вращения TWIST), зависит от динуклеотидного контекста

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МУТАЦИЙ:

Динуклеотидный код угла спирального вращения ДНК (Helical Twist)

AA AT AG AC TA TT TG TC GA GT GG GC CA CT CG CC

35,6 29,3 31,9 31,1 39,5 35,6 36,0 35,9 35,9 31,1 33,3 34,6 35,9 31,9 34,9 33,3

Угол спирального вращения TWIST (градусы)

31. Моделирование влияния мутаций: конформационные коды двойной спирали

Экспериментально установлены зависимости от динуклеотидного контекста всех параметров, определяющих конформационные особенности спирали ДНК. Основываясь на свойствах конформационного кода, мы разработали компьютерные методы, позволяющие выявлять конформационные особенности ДНК-сайтов, значимые для взаимодействия с транскрипционными факторами, и исследовать влияние мутаций на активность сайтов.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МУТАЦИЙ

КОНФОРМАЦИОННЫЕ КОДЫ ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ

Параметры, определяющие взаимную ориентацию оснований в пределах комплементарной пары и взаимное расположение соседних пар в спирали ДНК, кодируются в динуклеотидном коде

32. Моделирование влияния мутаций: полиморфизм по регуляторному району гена duffy

В настоящее время у человека выявлено огромное число мутаций в регуляторных районах генов, сопровождающихся выраженными патологическими проявлениями. Например, ген Duffy кодирует поверхностный рецептор, взаимодействие с которым необходимо для проникновения малярийного плазмодия в клетку. Белые европейцы восприимчивы к малярии, потому что у них нормально работает этот ген. В то же время в черных популяциях Африки в регуляторном районе этого гена фиксировалась мутация, повреждающая сайт связывания фактора GATA, необходимый для транскрипции гена Duffy. В результате этого африканцы не имеют антигена Duffy, что обеспечивает устойчивость аборигенов Африки к малярийному плазмодию.

Влияние мутаций на регуляторные районы генов

ПОЛИМОРФИЗМ ПО РЕГУЛЯТОРНОМУ РАЙОНУ ГЕНА DUFFY

33. Моделирование влияния мутаций: сродство регуляторных белков к сайтам определяется конформационными свойствами днк

Проведенные исследования показали, что эффективность связывания транскрипционных факторов с ДНК-сайтами определяется их конформационными особенностями, которые могут сильно меняться при мутациях. Например, сродство СRO-репрессора к своему оператору определяется шириной большой бороздки ДНК, сродство транскрипционного фактора USF к ДНК зависит от угла twist закрученности спирали ДНК. Сродство ТВР белка с сайтом его связывания определяется шириной малой бороздки и т.д.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МУТАЦИЙ:

СРОДСТВО РЕГУЛЯТОРНЫХ БЕЛКОВ К САЙТАМ ИХ СВЯЗЫВАНИЯ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ КОНФОРМАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ ДНК