Cравнительный анализ канонической ДНК и стеблей тРНК

1. Генерация структуры DNA

Для генерации файлов были использованы следующие команды:
fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -a gatc-a.pdb fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -b gatc-b.pdb fiber -z gatc-z.pdb
Затем для поли-GC-Z-спирали я ввёла 20 пар оснований. Полученные модели можно скачать здесь:

2. Сравнение модели с экспериментальными данными

Для этого задания я решила взять pdb файл B-формы DNA 1BNA. В B-форме бороздки определяются достаточно легко: большая бороздка значительно шире малой. На рисунке показан цитозин (мое основание для задания), находящийся в 3 положении цепи ДНК.Изображение получено при помощи MarvinSketch.

В сторону большой бороздки обращены атомы: С3.C4, С3.C5, С3.C6, С3.N4.
В сторону малой бороздки обращены атомы: С3.C2, С3.O2, С3.N1, С3.N3.

Рис. 1. Цитозин 1BNA. Красные атомы
смотрят в сторону большой бороздки, а синие - в сторону малой.

Затем я изучила полученные при помощи fiber структуры, используя модуль nglview в Python. Полученные данные внесены в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры разных структур DNA

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали	Правая	Правая	Левая
Шаг спирали, Å	28,03	33,75	42,50
Число оснований на виток	11 п.о.	10 п.о.	12 п.о.
Ширина большой (глубокой) бороздки, Å	7,98 (A10:A - G25:B)	17,21 (C12:A - A26:B)	13,21 (C38:A - C46:B)
Ширина малой бороздки, Å	16,81 (A10:A - G33:B)	11,69 (T15:A - A30:B)	7,20 (G37:A - G47:B)

3. Структура RNA

В этом задании было необходимо определить параметры структуры РНК с помощью программ find_pair и analyze пакета 3DNA. Я рассматривал структуру с PDB ID: 1H4S. Чтобы можно было работать с пакетом, конвертируем в старый формат:
remediator --old ''1H4S.pdb'' > ''1H4S_old.pdb''

Затем определяем спаренные основания и положение спиралей в структуре:
find_pair -t 1H4S_old.pdb stdout | analyze

В результате получились файлы 1H4S_old.out и stacking.pdb.

Теперь рассмотрим неканонические пары в файле 1H4S_old.pdb. Всего в РНК присутствует 6 неканонических пар. Видно, что в RNA присутствуют псевдоуридин, 5-метилурацил.

Неканонические пары:

T:..49_:[..G]G-*---U[..U]:..65_:T
T:..54_:[5MU]t-**--G[..G]:..58_:T
T:..55_:[PSU]P-**+-G[..G]:..18_:T
T:..44_:[..G]G-**--A[..A]:..26_:T
T:..14_:[..A]A-**--U[..U]:...8_:T
T:..15_:[..G]G-**+-C[..C]:..48_:T

Координаты стеблей:
(4...7 - 66...69)
(49...53 - 61...65)
(38...44 - 26...32)
(10...13 - 22...25)

Дополнительные водородные связи:

T:..54_:[5MU]t-**--G[..G]:..58_:T
T:..55_:[PSU]P-**+-G[..G]:..18_:T
T:..14_:[..A]A-**--U[..U]:...8_:T
T:..15_:[..G]G-**+-C[..C]:..48_:T
T:..19_:[..G]G-----C[..C]:..56_:T

С помощью программы analyze пакета 3DNA было получено значение торсионных углов для выбранной тРНК, полученные данные были обработаны при поомощи Python. С результатами можно ознакомиться в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение средних значений торсионных углов модели с теоретическими.

Углы	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
A-форма (теоретическая)	62	173	52	88/3	178	-50	-160
B-форма (теоретическая)	63	171	54	123/131	155	-90	-117
Цепь 1 (среднее)	-10,9	49,3	45	86	-146,1	-63,2	-104,5
Цепь 2 (среднее)	-58,9	63,2	57,8	88	-149,4	-69,8	-157,1

Из таблицы видно, что полученные значения торсионных углов в молекуле сильно отличаются от "канонических", характерных для ДНК.