VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Особенности распределения пространственной частоты изменения электростатического потенциала вокруг геномной ДНК бактериофага T7 в области промоторов, специфичных для нативной фаговой и хозяйской РНК полимеразы E.coli

И.В. Глытов1,3, A.A. Осипов1,2*

1.ИТЭБ РАН;
2.ИВНДиНФ РАН;
3.РНИМУ;

* aosypov(at)gmail.com

ДНК - сильно отрицательно заряженная молекула, и ее электростатические взаимодействия с белками играют важнейшую роль в реализации генетической информации, в частности - регуляции транскрипции. Заряд вдоль молекуля ДНК распределен неравномерно и коррелирует с ее биологическими функциональными элементами, обеспечивая регуляцию биологических процессов.

Целью данной работы было проведение анализа неравномерности распределения электростатического потенциала вдоль молекулы ДНК в части выявления распределения пространственных частот изменения потенциала, в частности - выявление различий между частотными характеристиками распределения электростатического потенциала вокруг молекулы ДНК фага Т7 в области его нативных и хозяйских (E.coli) промоторов. В качестве инструмента для анализа было выбрано вейвлет-преобразование с использованием вейвлета Морле. Частотный анализ проводился с помощью специально написанных программ на языке Python. Данные были взяты из базы данных DEPPDB [1, 2].

Автокорреляционный анализ генома фага Т7 показал корреляцию выше 0.8 для фрагментов меньше 100 ангстрем с последующим плавным падением до незначимых величин и не выявил каких-либо масштабных периодичностей в распределении потенциала.

Сравнение вейвлет-спектров показало, что в промоторных областях, по сравнению со средним по геному, значительно выше мощность волн длиной 50-70 Ангстрем, т.е. около 14-20 п.о., что примерно соответствует масштабу сайтов связывания субъединиц РНК-полимеразы / целого белка. В области хозяйских промоторов и в среднем по геному мощность волн длиной 20-30 Ангстрем (6-9 п.о.) оказалась одинакова, но при сравнении промоторных спектрограмм оказалась выше в области хозяйских промоторов, по сравнению с фаговыми. Размер сайта посадки фаговой полимеразы соответствует полученным значениям длин волн в области фаговых промоторов.

Выявленные особенности нативных промоторов E. coli требуют дальнейшего изучения в связи с малостью их выборки на геноме бактериофага Т7 по сравнению с хозяйской хромосомой в свете значительного различия соответствующих РНК полимераз.



Литература:

1. 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.

2. 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.

3. A Practical Guide to Wavelet Analysis Christopher Torrence and Gilbert P. Compo Program in Atmospheric and Oceanic Sciences, University of Colorado, Boulder, Colorado

Peculiarities of spatial frequency distribution of electrostatic potential change around genomic DNA of bacteriophage T7 in the region of promoters specific for native phage and host RNA polymerase of E.coli

I.V. Glytov1,3, A.A. Osypov1,2*

1.ITEB RAS;
2.IHNA&NPh RAS;
3.RSMU;

* aosypov(at)gmail.com

DNA is a highly negatively charged molecule, and its electrostatic interactions with proteins play a crucial role in the implementation of genetic information, in particular, the regulation of transcription. The charge along the DNA molecule is unevenly distributed and correlates with its biological functional elements, ensuring the regulation of biological processes.

The aim of this work was to analyze the uneven distribution of the electrostatic potential along the DNA molecule in terms of revealing the distribution of spatial frequencies of potential changes, in particular - to identify the differences between the frequency characteristics of electrostatic potential distribution around the DNA molecule of T7 phage in the area of its native and host (E.coli) promoters. A wavelet transform using the Morlet wavelet was chosen as the tool of analysis. Frequency analysis was performed using specially written Python programs. The data were taken from the DEPPDB database [1, 2].

Autocorrelation analysis of the T7 phage genome showed a correlation above 0.8 for fragments less than 100 angstroms, followed by a smooth decrease to insignificant values and did not reveal any large-scale periodicity in the potential distribution.

Comparison of the wavelet spectra showed that in the promoter regions, compared to the genome-wide average, the wavelet power of 50-70 Angstrom waves was significantly higher, i.e., about 14-20 bp, which roughly corresponds to the scale of RNA polymerase/whole protein subunit binding sites. In the host promoter region and genome-wide average, the wavelength power of 20-30 Angstrom (6-9 bp) was similar, but when comparing promoter spectrograms, it was higher in the host promoter region than in the phage region. The planting site size of the phage polymerase corresponds to the obtained wavelengths in the region of the phage promoters.

The identified features of native E. coli promoters require further investigation in view of their small sample size in T7 bacteriophage genome in comparison with the host chromosome in view of considerable difference of the corresponding RNA polymerases.



Literature:

1. 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.

2. 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.

3. A Practical Guide to Wavelet Analysis Christopher Torrence and Gilbert P. Compo Program in Atmospheric and Oceanic Sciences, University of Colorado, Boulder, Colorado.


Докладчик: Корчагина В.М.
570
2023-03-28

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists