Целью данной работы было изучение зависимости силы мутантных промоторов гена rrnB рибосомальной РНК E.coli от параметров электростатического up-элемента.

Задачи:

Рассчитать зависимость силы промотора от максимальной величины потенциала в окне длиной в 21 пару оснований в -59 – -38 позиции относительно точки старта транскрипции в соответствии с координатами набора мутантных up-элементов.

Рассчитать зависимость силы промотора от суммарной величины потенциала в том же окне.

Методы:

Величина электростатического потенциала up-элемента для последовательностей была рассчитана при помощи инструментов базы данных DEPPDB [1, 2]. Сила мутантных промоторов взята из статей Estrem, Ross et. al [3, 4].

Для проведения исследования была написана программа на языке R в программном обеспечении RStudio. Анализ данных проводился при помощи построения зависимости силы промотора от параметров потенциала up-элемента, а их корреляция исследована при помощи статистического теста Пирсона.

Результаты:

В ходе исследования было показано, что с увеличением абсолютной величины потенциала up-элемента растёт и сила промотора.

При тестировании зависимости суммарного потенциала вокруг его абсолютного минимума в размере 135 А⁰ также прослеживается рост силы промотора при увеличении абсолютной величины потенциала.

Также наблюдается увеличение силы промотора с увеличением абсолютной суммы потенциала в данных координатах

корреляция между минимумами потенциалов полного up-элемента и силой промоторов составила 0.5435669 с достоверностью p-value = 0.001078

корреляция между суммой потенциалов в окрестностях минимума полного up-элемента и силой промоторов составила 0.3935843 с достоверностью p-value = 0.02344

корреляция между минимумами потенциала проксимальной части up-элемента и силой промоторов составила 0.8396514 с достоверностью p-value = 0.00463

корреляция между суммой потенциалов в окрестностях минимума проксимальной части up-элемента и силой промоторов составила 0.8301612 с достоверностью p-value = 0.005606

корреляция между минимумами дистальной части up-элемента и силой промоторов составила 0.560953 с достоверностью p-value = 0.006608

корреляция между суммой потенциалов в окрестностях минимума дистальной части up-элемента и силой промоторов составила 0.5853439 с достоверностью p-value = 0.00421

корреляционное соотношение между минимальными значениями потенциалов и их суммой в окрестностях минимума составило 0.8173967 с достоверностью p-value = 3.026e-16

Литература:

Osypov, A. A., Krutinin, G. G., & Kamzolova, S. G. (2010). DEPPDB—DNA electrostatic potential properties database: electrostatic properties of genome DNA. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 8(03), 413-425.

Osypov, A. A., Krutinin, G. G., Krutinina, E. A., & Kamzolova, S. G. (2012). DEPPDB—DNA ELECTROSTATIC POTENTIAL PROPERTIES DATABASE: ELECTROSTATIC PROPERTIES OF GENOME DNA ELEMENTS. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 10(02), 1241004.

Estrem, S. T., Ross, W., Gaal, T., Chen, Z. S., Niu, W., Ebright, R. H., & Gourse, R. L. (1999). Bacterial promoter architecture: subsite structure of UP elements and interactions with the carboxy-terminal domain of the RNA polymerase α subunit. Genes & development, 13(16), 2134-2147.

Estrem, S. T., Gaal, T., Ross, W., & Gourse, R. L. (1998). Identification of an UP element consensus sequence for bacterial promoters. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(17), 9761-9766.

The aim of this work was to study the dependence of the strength of mutant promoters of the rrnB gene of E.coli ribosomal RNA on the parameters of the electrostatic up-element.

Objectives:

To calculate the dependence of promoter strength on the maximum potential value in the 21 base pair long window at -59 to -38 positions relative to the transcription start point in accordance with the coordinates of the mutant up-element set.

Calculate the dependence of promoter strength on the total potential value in the same window.

Methods:

The magnitude of the electrostatic up-element potential for the sequences was calculated using DEPPDB database tools [1, 2]. Mutant promoter strengths were taken from the articles by Estrem, Ross et. al [3, 4].

A program was written in R in the RStudio software to carry out the study. Data analysis was performed by plotting the dependence of promoter strength on up-element potential parameters, and their correlation was investigated using the Pearson statistical test.

Results:

The study showed that as the absolute value of the up-element potential increased, so did the promoter strength.

When testing the dependence of the total potential around its absolute minimum of 135 A⁰ also shows an increase in promoter strength with an increase in the absolute value of the potential.

There is also an increase in promoter strength with an increase in the absolute sum of the potential in these coordinates

The correlation between the minima of total up-element potentials and promoter strength was 0.5435669 with p-value = 0.001078

the correlation between the sum of potentials in the vicinity of the minimum of the full up-element potential and the strength of promoters was 0.3935843 with reliability p-value = 0.02344

the correlation between the minima of proximal up-element potential and promoter strength was 0.8396514 with reliability p-value = 0.00463

the correlation between the sum of potentials in the vicinity of proximal up-element minima and promoter strength was 0.8301612 with reliability p-value = 0.005606

the correlation between up-element distal minima and promoter strength was 0.560953 with reliability p-value = 0.006608

the correlation between the sum of potentials in the vicinity of distal up-element minima and promoter strength was 0.5853439 with reliability p-value = 0.00421

the correlation between the minimum potential values and their sum in the vicinity of the minimum was 0.8173967 with reliability p-value = 3.026e-16

Literature:

Osypov, A. A., Krutinin, G. G., & Kamzolova, S. G. (2010). DEPPDB—DNA electrostatic potential properties database: electrostatic properties of genome DNA. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 8(03), 413-425.

Osypov, A. A., Krutinin, G. G., Krutinina, E. A., & Kamzolova, S. G. (2012). DEPPDB—DNA ELECTROSTATIC POTENTIAL PROPERTIES DATABASE: ELECTROSTATIC PROPERTIES OF GENOME DNA ELEMENTS. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 10(02), 1241004.

Estrem, S. T., Ross, W., Gaal, T., Chen, Z. S., Niu, W., Ebright, R. H., & Gourse, R. L. (1999). Bacterial promoter architecture: subsite structure of UP elements and interactions with the carboxy-terminal domain of the RNA polymerase α subunit. Genes & development, 13(16), 2134-2147.

Estrem, S. T., Gaal, T., Ross, W., & Gourse, R. L. (1998). Identification of an UP element consensus sequence for bacterial promoters. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(17), 9761-9766.