ИСТИНА

Проект направлен на выявление взаимосвязи между структурой и свойствами G-квадруплексных ДНК и определение факторов, влияющих на геометрию и структурную мобильность квадруплексов. Для решения этой задачи предполагается использование ряда методов компьютерного моделирования от молекулярной динамики до гибридного молекулярно-механического/квантово-механического подхода. Основные выводы о структурных свойствах квадруплексов предполагается проверять методом кругового дихроизма и тестирования функциональной активности. Конкретной фундаментальной задачей в рамках проблемы является анализ топологии всех известных на сегодня структур квадруплексов, классификация квадруплексов по топологии петель. Определение динамики координации катионов внутри квадруплекса и оценка стабилизирующего эффекта разных катионов в различном окружении. Вычисления на суперкомпьютерах НИВЦ МГУ позволят получить совершенно новые данные о полноатомной структурной динамике основных классов квадруплексов в микросекундном диапазоне. Результаты анализа компьютерного моделирования помогут спланировать эксперименты по валидации проведённого моделирования. Как результат будет сформировано представление об основных факторах определяющих структуру и функционирование квадруплексов.

Основная цель проекта это описание молекулярной динамики всех известных на сегодня типов структур квадруплексов с целью создания точной классификации топологии квадруплексных структур и поиск факторов определяющих структурную стабильность известных типов топологии квадруплексных ДНК. Стабильность квадруплексных структур имеет прямую взаимосвязь с функциональной значимостью того или иного элемента содержащего квадруплекс, так структура большинства природных квадруплексов метастабильна и модулируется взаимодействием с различными белками. Для моделирования были выбраны 11 структур квадруплексов представленных в базе данных PDB. Эти структуры представляют все известные на сегодня топологии квадруплексных ДНК. Для каждой структуры было проведено по 11 вычислительных экспериментов по моделированию молекулярной динамики. Общая длинна траекторий превысила 25 мкс. При анализе результатов было установлено, что все выбранные структуры стабильны в моделировании при времени наблюдения более 1 мкс и предварительном помещении стабилизирующего катиона в центральную полость квадруплекса. Для выявления факторов структурной стабилизации были проведены численные эксперименты со случайным расположением катионов и использованием тетраметиламония как катиона. По результатам предварительного анализа было установленно, что наибольшее дестабилизирующее влияние оказывают латеральные петли. Диагональные петли чаще всего стабилизируют структуру за счёт эффективных стекинг взаимодействий и участвуют в связывании катионов, что упрощает их попадание в центральную полость квадруплекса. Пропелерные петли как соединительные элементы не оказывают дестабилизирующего действия, но и не участвуют в стабилизации квартетов стекинг взаимодействиями и не стабилизируют катионы рядом со входом во внутреннюю полость квадруплекса. Наряду с влиянием петель на стабильность квадруплексов была отмечена частичная потеря структуры квадруплекса при продолжительном отсутсвии катиона в центральной полости, однако это не всегда приводило к полной деструктуризации молекулы, в ряде случаев наблюдалась сборка молекулы вокруг катиона. Для полного описания обнаруженных явлений необходим более детальный анализ полученных результатов. Предполагается разработка новых инструментов для анализа траекторий моделирования молекулярной динамики.