150527 зачет

Сравнительный анализ плотности упаковки ДНК и РНК

Состояние магистерской диссертации за год до защиты

Савченко Виктория Валерьевна

(Планируемое) содержание работы

Введение

Глава 1.

Глава 2.

…

Заключение и выводы

Литература

Введение

Результаты секвенирования геномов различных организмов записаны в петабайтах последовательностей ДНК. Но до сих пор человек не научился понимать тексты геномов, так как не владеет "грамотой" генетического языка и логикой генетической экспрессии. Смысл её, хорошо понимаемый клеткой, не только в последовательности оснований в цепи, но, пожалуй, и в процессах взаимодействия ДНК, РНК и белков. Это взаимодействие делает осмысленными для клетки различные гены: белков или матричных РНК, рибосомальных и транспортных РНК, микро-РНК, длинноцепочечных не кодирующих белки РНК и множество других генов, не все из которых даже известны. Иными словами, чтение и запись генома, сохранение при этом правил пунктуации с учетом мобильных генетических элементов можно в некотором приближении принимать за биологический смысл генетической экспрессии.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

(за год до защиты), которая в диссертации составит часть введения, а в автореферате будет самостоятельным разделом.

Актуальность

Проблема создания, сохранения и преобразования биологического смысла генетической экспрессии на каждом клеточном цикле чтения и записи генома является основной в современной биологии. Частью этой проблемы является условное разделение её на статику или передачу ДНК и динамику различных копий РНК, работающих по всей клетке. В работе делается сравнительный анализ плотности упаковки ДНК и РНК.

Степень разработанности проблемы

Необходимо обратить внимание на структуру ДНК и РНК. Отличие состоит в том, что в состав ДНК входит дезоксирибоза, а в РНК - рибоза [201, 202].

Из-за того, что у РНК больше на один кислород, то в силу своей пространственной конфигурации идет отталкивание м/д атомами кислорода, что делает ее такой "разветвленной". ДНК, напротив, является более компактной.

Рис. 1 ДНК и РНК. Ошибка в молекуле цитозина (не С5H4NO3, a C4H4NO3). Рисунок заимствован из работы [210].

Решение проблемы, сформулированной выше не будет простым и лёгким. Так в работе [212] для конденсации ДНК выбраны три уровня, которые показаны на рис.2. Очевидно, что сравнение конденсированных состояний ДНК и РНК надо проводить в одинаковых условиях.

Рис.2. Биологические варианты уплотнения ДНК. A) Небольшие лиганды (неорганические ионы, полиамины, и т.д.) могут вызвать конденсацию ДНК в пробирке. Этот процесс используется для моделирования уплотнения ДНК у прокариот в небольшом объеме бактериальных нуклеоидов или вирусный капсид. B) В эукариотах ДНК обернута вокруг гистонов с образованием нуклеосомы. Дальнейшие уровни уплотнения хроматина волокна достигается с помощью двухвалентных ионов металлов и белков. C) Генная регуляции во многих случаях включает в себя зацикливание ДНК с помощью мостиковых белков в областях промотора и энхансера. Точному пространственному позиционированию как ДНК, так и ДНК-ДНК может способствовать мультибелковая сборка. Рисунок заимствован из работы [212].

Сравнение упаковок ДНК и РНК проводится достаточно давно. Поэтому для ответа на основной вопрос этой работы придётся «попыхтеть» с литературой, не упуская из внимания даже механизмы транслокации и разматывания РНК и ДНК геликазами [213]. Интересный вариант расчёта сделан в работе [214], применение которого к подобной структуре РНК позволит сделать первое сравнение, например!

Цель и задачи исследования

Задачи:

Провести теоретический расчет энергии связи молекул ДНК и РНК полуэмпирическим методом PM6 в MOPAC2012

Проанализировать результат.

Научная новизна

Будет показано, что именно "компактность" ДНК позволяет сохранить последовательности нуклеотидов. "Разветвленность" РНК позволяет быть активной молекулой и взаимодействовать с окружающим ее пространством.

Основные положения, которые планирую доказать в работе и выносить на защиту.

…

Апробация работы. Как и где планирую опубликовать, на каких конференциях сделать доклады ... Уже сделаны …

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 «название главы» рассмотрены …

В главе 2 «Материалы и методы» рассмотрены …

В главе 3 «название главы» рассмотрены …

…

В заключение приведены выводы, состоящие из (пока предполагаю такие – формулировка предварительная)

В списке литературы всего …

…

Литература

201. Льюин Б. Гены: пер. С англ.-9-е изд //М.: БИНОМ. – 2011.

202. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. Т. 1 //М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. – 2012.

203. Физические основы молекулярной биологии: Учебное пособие / Т. Уэй — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010. — 368 с.

204. Пиментел Д. К., Спратли Р. Как квантовая механика объясняет химическую связь: Пер. с англ. – Мир, 1973.

205. Племенков В. В. Введение в химию природных соединений. – Казань : Казан. гос. мед. ун-т, 2001.

206. C.Michael Hogan. 2010. Deoxyribonucleic acid. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment. eds. S.Draggan and C.Cleveland. Washington DC (http://www.eoearth.org/view/article/158858/)

207. A.Ghosh and M.Bansal. 2003. A glossary of DNA structures from A to Z. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 59 (Pt 4): 620–6.

208. Блатов В. А., Шевченко А. П., Пересыпкина Е. В. Полуэмпирические расчетные методы квантовой химии. Самарский ун-т Самара – 2002.

209. Artem V. Dyuba, Alexander M. Arutyunyan, Tatiana V. Vygodina, Natalia V. Azarkina, Anastasia V. Kalinovich, Yuri A. Sharonov, and Alexander A. Konstantinov. "Circular dichroism spectra of cytochrome c oxidase // Metallomics 3 (4), 417-432 (2011).

210. Спирин А. С. Рибонуклеиновые кислоты как центральное звено живой материи //Вестник РАН. – 2003. – Т. 73. – С. 117-127.

211. Сетков Н. А. В лабиринтах генома человека //Биология в школе. – 2010. – №. 9. – С. 3-15.

212. Vladimir B. Teif, Klemen Bohinc. Condensed DNA: condensing the concepts // Progress in biophysics and molecular biology 105 (3), 208-222 (2011).

213. Anna Marie Pyle. Translocation and unwinding mechanisms of RNA and DNA helicases // Annu. Rev. Biophys. 37, 317-336 (2008).

214. O. O. Liubysh, A. V. Vlasiuk, S. M. Perepelytsya. Structuring of counterions around DNA double helix: a molecular dynamics study // arXiv preprint arXiv:1503.05334 (2015).