Определение термодинамических параметров плавления триплексов ПНК2/ДНК. Московский физико-технический институт (государственный университет). МФТИ (ГУ)

К. А. Случанко, О.В. Крупник, Ю.С. Лазуркин

Московский физико-технический институт

Институт молекулярной генетики РАН

Пептидная нуклеиновая кислота – ПНК – синтетический олигонуклеотидный аналог ДНК, обладающий рядом преимуществ перед другими аналогами и природными олигонуклеотидами. Олигомеры ПНК способны узнавать комплементарные участки ДНК и образовывать как с однонитевой, так и с двунитевой ДНК прочные высокоспецифичные комплексы – дуплексы и триплексы [1]. Кроме того, ПНК не разрушается нуклеазами in vivo и, благодаря нейтральности остова, не взаимодействует с белками плазмы. Знание термодинамических характеристик ПНК и её комплексов с нуклеиновыми кислотами облегчает целенаправленный поиск и синтез новых видов ПНК, модифицированных по азотистым основаниям, по структуре основной цепи и т.д. Термодинамические параметры плавления дуплексов известны давно, однако для триплексов подобные исследования до сих пор не проводились, поскольку при плавлении триплексов, образованных обычной ПНК с ДНК, наблюдается сильный гистерезис. Чтобы преодолеть это препятствие мы использовали бис-ПНК – две цепи ПНК, соединённых гибким линкером. При плавлении триплексов, образованных однонитевой ДНК с бис-ПНК, гистерезис практически отсутствовал [2,3], что дало возможность получить равновесные кривые плавления, найти из них температуру плавления $T_m$ и вычислить значения энтальпии $\Delta H^\circ$ , энтропии $\Delta S^\circ$ и свободной энергии $\Delta G^\circ_{298}$ .

В работе определялись термодинамические параметры плавления триплексов, образованных однонитевой ДНК, содержащей мишень $А_{10}$ , с бис-ПНК, состоящей из двух декамеров $Т_{10}$ . Были получены равновесные кривые плавления при различных концентрациях ионов натрия. Из равновесных кривых двумя методами определены термодинамические параметры плавления. Энтальпия плавления $\Delta H^\circ$ определялась из ширины дифференциальных кривых плавления и из зависимости температуры плавления от концентрации триплекса в растворе. Последний метод позволил также определить значение энтропии плавления $\Delta S^\circ$ . Получены следующие результаты: $\Delta H^\circ = - 137 kcal/M, \Delta S^\circ = - 368 cal/M·K, \Delta G^\circ_{298}= - 27 kcal/M$ . Обнаружено, что в пределах точности эксперимента значения $\Delta H^\circ , \Delta S^\circ$ и $\Delta G^\circ_{298}$ не зависят от ионной силы. Абсолютные значения величин $\Delta H^\circ , \Delta S^\circ$ и $\Delta G^\circ_{298}$ для исследованных триплексов в 2-3 раза выше, чем соответствующие значения параметров плавления для декамерных дуплексов ПНК/ДНК различной последовательности.

Литература

Peptide Nucleic Acids: Protocols and Applications (1999) ISBN 1-898486-16-6 Horizon Scientific Press, Wymondham, UK.
M. Egholm, L. Christensen, K.L. Dueholm, O. Buchardt, J. Coull, and P.E. Nielsen, Nucl. Acids Res. 23, 217-222 (1995).
M.C. Griffith, L.M. Riesen, M.J. Greig, E.A. Lesnik, K.G. Sprankle, R.H. Griffey, J.S. Kiely, and S.M. Freier, J. Amer. Chem. Soc. 117, 831 –832 (1995).