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

Природные и модифицированные С-богатые ОДН в дизайне рН-сенсоров
Варижук А.М.
1
, Цветков В.Б.
1
, Тураев А.В.
1
, Исаакова Е.А.
1
, Северов В.В.
1
,
Аралов А.В.
2
, Позмогова Г.Е.
1
1
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА, 
Москва, Россия 
2
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина
и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва, Россия
Синтетические олигодезоксирубонуклеотиды (ОДН) или фрагменты геномной 
ДНК, содержащие олиго-dС блоки (dСn, n≥5), способны формировать метастабильные 
при физиологических условиях интеркалированные параллельные дуплексы – i-мотивы 
(IM) [1]. Ядро таких структур составляют гемипротонированные цитозиновые пары.
В случае четырех Cn блоков в одном ОДН IM-структуры, как правило, являются 
внутримолекулярными. Необходимость протонирования половины цитозиновых 
остатков определяет рН-чувствительность IM. 
Мы показали, что внутримолекулярные IM из генома человека склонны к быстрым 
перестройкам (фолдинг/расплетение) при изменении рН в пределах естественного для 
внутриклеточной и внеклеточной сред диапазона значений [2]. Синтетические аналоги 
геномных IM имеют перспективы применения в терапии и диагностике – в частности, 
в конструировании рН-сенсоров с быстрым откликом. Кинетические характери-
стики сенсора (скорость отклика) значимы, прежде всего, при мониторинге быстрых 
процессов, таких как активация нейронов. Предлагавшиеся ранее сенсоры на основе 
межмолекулярных IM характеризуются неоптимальным рабочим диапазоном и/или 
медленной кинетикой. Известные альтернативы (например, генетические кодируемые 
рН-индикаторы) также имеют свои ограничения.
Мы приводим несколько вариантов дизайна сенсоров на основе IM-ОДН с терми-
нальными метками (FRET-пары или пары флуорофор-гаситель). Прототипы сенсоров 
охарактеризованы 
in vitro 
оптическими методами; оценены кинетические параметры 
их фолдинга. Предложены подходы к оптимизации IM (стабилизации и смещению 
диапазона рН-чувствительности) за счет химической модификации (введения в ОДН 
неприродных фрагментов – феноксазиновых производных и др.) [3]. Полученные нами 
прототипы сенсоров на основе IM-ОДН могут быть использованы для прояснения 
и отслеживания ассоциированных с изменением рН внутриклеточных процессов
в норме и при патологии.
[1] Wright E., Huppert J., Waller Z. Identification of multiple genomic DNA sequences which 
form i-motif structures at neutral pH. Nucleic Acids Res. – 2017: - V. 45. - p. 2951-2959.
[2] Tsvetkov V., Zatsepin T., Turaev A., Farzan V., pozmogova G., др. всего 7 человек. DNA 
i-Motifs with guanidino-i-clamp residues: the counterplay between kinetics and thermo-
dynamics and implications for the design of pH sensors. – Comput. Struct. Biotechnol. J. 
– 2019: - V. 17. – p. 527-536.
[3] V.B Tsvetkov, Zatsepin T., Belyaev E., Kostyukevich Y., др. всего 9 человек. i-Clamp 
phenoxazine for the fine tuning of DNA i-motif stability. Nucleic Acids Res. – 2018: - V. 46.
– p. 2751-2764.
Исследование выполнено при поддержке РФФИ и Правительства Москвы, грант № 19-34-70004.

---

Всероссийская мультиконференция с международным участием «Биотехнология – медицине будущего»
29 июня - 2 июля 2019 г., г. Новосибирск, Россия
31