Сборник содержит материалы научной мультиконференции «Биотех- нология медицине будущего»

Молекулярно-динамические подходы к изучению взаимосвязи 
структуры и свойств производных нуклеиновых кислот
Ломзов А.А., Пышный Д.В.
Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН,
Новосибирск, Россия
Методы компьютерного моделирования все более широко применятся для изучения 
свойств и молекулярных механизмов взаимодействия биополимеров. Это происходит 
благодаря значительному прогрессу в разработке алгоритмов моделирования и увели-
чению производительности вычислительных комплексов. Изучение биополимеров 
методами компьютерного моделирования позволяет в деталях изучить молекулярные 
механизмы наблюдаемых процессов. Нами проведено исследование ДНКДНК, РНК/
ДНК и РНК/РНК комплексов, содержащих разнообразные модификации на конце 
олигонуклеотидов, во внутренней их части (введенных с помощью ненуклеотидных 
линкеров между частями олигомеров или присоединенных к гетероциклическим 
основаниям), модифицированные фосфатные группы, а так же замещенный остов. 
Проведенный анализ показывает высокую достоверность современных молекуляр-
но-динамических подходов для описания структуры, конформационной динамики
и термодинамических свойств комплексов нуклеиновых кислот. Полученные резуль- 
таты хорошо согласуются с данными разнообразных физико-химических исследо-
ваний, таких как оптическая спектроскопия, спектрополяримерия, флуоресцентная 
спектроскопия, методы ЯМР и ЭПР спектроскопии, атомно-силовая микроскопия, 
термическая денатурация.
Стоит отметить возрастающую прогностическую способность методов компью-
терного моделирования. Так, на примере олигонуклеотидов, содержащих фосфорилгу-
анидиновую модификацию одного из межнуклеотидных остатков фосфорной кислоты, 
был осуществлен рациональный дизайн ДНК дуплекса, который должен позволить 
однозначно идентифицировать ФГ-диастереомеры олигодезоксирибонуклеотидов. 
Экспериментальный анализ методами структурного ЯМР показал достоверность 
предсказанных данных.
Изучение белково-нуклеиновых взаимодействий является более сложной задачей. 
Тем не менее, методы молекулярной динамики позволяют характеризовать структуру 
комплексов и объяснять наблюдаемые изменения в каталитической активности фер- 
ментов. Компьютерное исследование комплекса ДНК с экзонуклеазой APE1, содер-
жащего в своей структуре спиновые метки, показало хорошее согласование структуры 
ДНК, белка и их комплекса с данными, полученными методами ЭПР-спектроскопии.
Исследования комплексов фосфорилгуанидиновых олигонуклеотидов с Taq ДНК-поли- 
меразой позволило установить причины изменения активности фермента, при 
удлинении модифицированной НК-цепи.
Таким образом, на сегодняшний день, молекулярно-динамические подходы стали 
не только методами описательного характера, но и достоверного прогностического 
расчета различных физико-химических и молекулярно-биологических свойств биопо-
лимеров.
Исследование было поддержано грантом РНФ № 18-14-00357 и проектом базового бюд-
жетного финансирования ПФНИ ГАН 2013-2020 № АААА-А17-117020210021-7.

---

Всероссийская мультиконференция с международным участием «Биотехнология – медицине будущего»
29 июня - 2 июля 2019 г., г. Новосибирск, Россия
129