Новости химической науки > Предназначение ДНК определяется ее сольватацией

По мере того, как исследователи секвенируют все большее и большее количество геномов, им становятся необходимы эффективные инструменты для анализа огромных массивов данных. Так, например, для того, чтобы определить генетическую природу заболевания, ученым часто бывает необходимо выяснить, какой участок ДНК кодирует синтез того или иного белка.

Исследователи разработали простой и точный метод определения того, кодирует ли участок ДНК синтез матричной РНК, информация с которой в результате процесса трансляции «преобразуется» в молекулу белка или же транспортную РНК, способствующую транспорту аминокислотных остатков к рибосоме, где протекает синтез белка; этот метод основан на сольватации ДНК.

Для облегчения расшифровки геномов исследователи разработали метод, основанный на определении энергии сольватации; метод позволяет определить – колдирует ли последовательность ДНК синтез м-РНК или т-РНК. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja3020956)

Геномы представляют собой сложную мозаику биологической информации с последовательностями информационных генов, генов-регуляторов, неинформативных участков ДНК и участков ДНК с минорными азотистыми основаниями. Обычно исследователи используют имеющиеся в наличии результаты секвенирования ДНК (определения последовательности главных и азотистых оснований в структуре ДНК) для построения предсказательных моделей и последующей расшифровки самого генома. Однако такой биоинформационный подход может приводить к ошибкам. По словам Джаярама (B. Jayaram), уровень ошибок весьма существенен, и может давать неправильные результаты в пятидесяти или даже шестидесяти процентов случаев.

Ранее Джараям успешно разработал эффективный метод, позволяющий различать информационные и неинформационные участки последовательности ДНК на основании их химических свойств. Развивая успех, исследователь решил разработать метод определения того, что кодирует информационный участок – м-РНК или т-РНК.

В ходе исследования Джараям использовал данные, полученные Консорциумом Ascona B-DNA. Эта международная группа исследователей использовала компьютерное моделирование для симуляции поведения любой возможной четырехнуклеотидной последовательности в окружении, моделирующем клеточную среду. С помощью моделирования для любой такой последовательности была определена энергия сольватации, отражающая сродство участка ДНК к воде.

С помощью этих данных исследователи оценили энергию сольватации более двух миллионов участков ДНК, кодирующих синтез матричной РНК и около пятидесяти тысяч последовательностей, кодирующих синтез транспортных РНК. Было обнаружено, что участки, кодирующие синтез т-РНК отличаются большей энергией сольватации, чем участки, кодирующие синтез м-РНК – в 99% случаев разница в энергиях сольватации участков, обладающих различным биохимическим значением, составляет 1,2 ккал/моль.

Джараям отмечает, что такая тенденция связана с тем, что т-РНК образует жесткую трехмерную структуру с ядром, экранированным от воды, а м-РНК относительно гибка, и как результат, в большей степени связывается с водой; комплементарность же рибонуклеиновых кислот соответствующим участкам ДНК определяет особенности гидратации и ДНК.

Источник: J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja3020956

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярная биология