ДИНАМИКА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ ПАР АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ ДОДЕКАМЕРА ДРЮ-ДИКЕРСОНА В МИЛЛИ-МИКРОСЕКУНДНОМ ВРЕМЕННОМ МАСШТАБЕ ПО ДАННЫМ ДИСПЕРСИИ ЯДЕРНОЙ СПИНОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ R1ρ ИМИНОПРОТОНОВ
Authors: С.С. ОВЧЕРЕНКО , Д.М. НАСОНОВ , А.В. ШЕРНЮКОВ , Е.Г. БАГРЯНСКАЯ 
Published: November 2024

Додекамер Дрю-Дикерсона (ДДД) относится к одним из известнейших дуплексов ДНК. Он достаточно хорошо изучен разными структурными методами и является эталоном для разработки новых экспериментальных методик и молекулярно-механических силовых полей. По этой причине информация о динамике ДДД в разных временных шкалах важна для построения более точных структурно-динамических моделей и проведения молекулярно-динамических расчетов длительных временных траекторий, позволяющих моделировать реально протекающие процессы. В работе получена отсутствующая в литературе информация о динамике пар оснований ДДД во временном милли-микросекундном масштабе с помощью метода дисперсии ядерной спиновой релаксации (R1ρ) иминопротонов. Показано, что для всех пар комплементарных оснований, кроме концевых и предконцевых, динамические процессы в диапазоне метода R1ρ не наблюдаются вплоть до температуры 300 К, а находятся в более быстрой временной шкале. Для предконцевой GC-пары наблюдался выраженный эффект зависимости релаксации R1ρ от приложенной напряженности поля спин-лока (spin lock), что позволило извлечь информацию о динамике закрытия пары, используя модель быстрого обмена с сильно отличающимися населенностями состояний. Эти данные дополняют информацию о динамике комплементарных пар оснований, полученную ранее методом переноса намагниченности с воды за счет обмена, и делают картину наблюдаемых процессов в ДДД, связанных с процессом открытия-закрытия пар оснований в ДНК, более полной.

Drew-Dickerson Dodecamer (DDD) is one of the well-known DNA duplexes. It has been sufficiently well studied by various structure determination methods and appears to be a standard for developing new experimental techniques and molecular mechanical force fields. For this reason, the information about the dynamics of DDD on different time scales is important for constructing more accurate structural-dynamic models and carrying out molecular dynamics calculations of long-term time trajectories that allow simulation of real processes. In this work, the information on the dynamics of DDD base pairs on the milli- and microsecond time scale, currently missing from the literature, was obtained by means of imino protons' nuclear spin relaxation ( R1ρ) dispersion. It is shown for all the base-pairs, except for terminal and pre-terminal ones, that any dynamic processes in the range of R1ρ method are not observed up to 300 K, but proceed on a faster time scale. For the pre-terminal GC pair, a pronounced dependence of the relaxation R1ρ on the applied spin-lock field strength is observed, which allowed us to extract the information about the pair closing dynamics using a fast exchange model with highly skewed state populations. These data supplement the information obtained previously on the dynamics of DDD complementary base pairs by exchange-based water magnetization transfer experiments and provide a more complete view of the processes observed in DDD in relation to base pair opening-closing.