Существуют ли функциональные примеры параллельных двойных спиралей ДНК?

Удивительно, но было сообщено о параллельном дуплексе ДНК! В статье Чуриков и др . сообщили о наличии параллельной комплементарной ДНК в некодирующей области гена алкогольдегидрогеназы, а также между двумя последовательностями ДНК дрозофилы . Область длиной ~ 40 п.н. имеет 76% оснований той же полярности наряду с комплементарностью. Однако его присутствие in vivo и его значение неизвестны (они наблюдали его существование еще in vitro ).

Чуриков и др . в другой статье сообщили, что параллельная комплементарная РНК в E. coli играет некоторую роль в РНК-интерференции и действительно более эффективна, чем антисмысловая РНК, в подавлении мРНК для регуляции экспрессии генов. Они также предполагают наличие такой системы in vivo в клетках E. coli . (Кажется, одной этой статьи достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос, поскольку она соответствует всем вашим критериям).

В другой статье Szabat et al показали, что олигонуклеотиды ДНК, 2'-O-MeRNA и РНК могут принимать параллельную дуплексную конфигурацию при pH 5 и ниже. Кроме того, наличие LNA стабилизирует параллельную дуплексную конфигурацию. Это может показаться полезным в таких процессах, как РНК-интерференция, хотя это исследование также проводилось in vitro (очевидно, LNA in vivo неизвестна).

Во многих таких работах, таких как Westhof et al , Mohammadi et al и т. д., сообщалось о наличии параллельных дуплексов ДНК.

Использованная литература:

_{1. Чуриков Н.А., Чернов Б.К., Голова Ю.Б., Нечипуренко Ю.Д. Параллельная ДНК: создание дуплекса между двумя последовательностями дрозофилы in vitro . письма ФЭБС. 1989;257(2):415–8. пмид: 2479581}

_{2. Чуриков Н.А., Чистякова Л.Г., Завильгельский Г.Б., Манухов И.В., Чернов Б.К., Голова Ю.Б. 2000. Ген-специфическое молчание путем экспрессии параллельной комплементарной РНК в Escherichia coli . Дж. Биол. хим. 275: 26523–26529}

_{3. Шабат М., Педзинский Т., Чапик Т., Киржек Э., Киржек Р. (2015) Структурные аспекты антипараллельных и параллельных дуплексов, образованных ДНК, 2'-O-метилРНК и олигонуклеотидами РНК. PLoS ONE 10(11): e0143354. doi:10.1371/journal.pone.0143354}

_{4. Вестхоф, Э., и М. Сундаралингам. 1980. Рентгеновская структура комплекса цитидил-3',5'-аденозин-профлавин: самоспаренный двойной спиральный димер с параллельными цепями с интеркалированным акридиновым красителем. проц. Натл. акад. науч. США. 77: 1852–1856.}

_{5. Мохаммади С., Клемент Р., Щелкина А.К., Ликье Ж., Джовин Т.М., Тайландье Э. 1998. FTIR и УФ-спектроскопия параллельных цепей ДНК со смешанными последовательностями AT/GC и их аналогов AT/IC. Биохимия. 37:16529–16537.}

Все статьи, которые я нашел, обсуждающие параллельные спирали, являются чисто умозрительными в отношении биологического значения; но они все равно интересны. Вот некоторые из них, которые я нашел в дополнение к другому ответу.

Сафаи Н., Норонья А.М., Родионов Д., Козлов Г., Уайлдс С.Дж., Шелдрик Г.М., Геринг К. 2013. Структура параллельного дуплекса поли(А) РНК: оценка прогноза 50-летней давности. Ангью Чем в Эд 52:10370-10373.

В этой статье представлена ​​решенная кристаллическая структура параллельной поли(А) РНК и показано, что поли(А) связывающий белок (РАВР) способствует образованию параллельных дуплексов. Предполагается биологическая роль:

Поскольку подавляющее большинство эукариотических матричных РНК (мРНК) помечено от 100 до 250 аденинов на их 3'-конце, полиморфизм поли(rA) также важен для современных клеточных процессов, включающих трансляцию, хранение и распад мРНК. В условиях клеточного стресса клеточные мРНК транспортируются в гранулы РНК, повышая локальную концентрацию поли(rA). Вполне возможно, что природа создала такие белки, как PABP, отчасти для регуляции появления дуплексов поли(rA) в клетках.

Есть несколько обзоров, в которых обсуждается возможная роль параллельных РНК в мире РНК , которые вращаются вокруг проблемы репликации с использованием комплементарных антипараллельных цепей:

Тейлор ВР. 2005. Мешаем первородный суп. Природа 434:705.

Были предложены некоторые механизмы репликации в мире РНК, и, следуя современным системам синтеза белковых полинуклеотидов, все они включают создание комплементарной дочерней цепи с использованием спаривания оснований Уотсона-Крика. Но с механистической точки зрения такая модель заключает в себе фундаментальную проблему: если бы рибополимераза должна была создать комплементарную копию самой себя, ей нужно было бы перекопировать ее, чтобы получить новую функциональную рибополимеразу. Это означает, что и последовательность рибополимеразы, и ее комплемент должны сосуществовать. Но если бы эти две копии соединились, результатом стала бы двухцепочечная спираль Уотсона-Крика (как у некоторых РНК-вирусов), а не новая рибополимераза. Даже если бы обе последовательности имели четко определенные вторичные структуры, идеальная комплементарность пары Уотсона-Крика действовала бы как поглотитель.

Предлагаемое решение состоит в том, что ранние РНК-полимеразы могли создавать параллельные комплементы, чтобы предотвратить такое ингибирование:

Тейлор ВР. 2006. Транскрипция и трансляция в мире РНК. Фил Транс R Soc B 361: 1751-1760.

Стратегии репликации. (а) Репликация через обратную комплементарную цепь приводит к (б) стабильному двухцепочечному дуплексу, если встречаются две копии. (c) Репликация через параллельную комплементарную цепь приводит к (d) относительно нестабильному двухцепочечному дуплексу, если встречаются две копии.

Распространение информации в цепи нуклеиновой кислоты от одного «поколения» к другому с использованием спаривания оснований Уотсона-Крика логически не должно включать обратную комплементарную цепь. При условии, что существует комплементарное спаривание оснований, параллельное дополнение также будет распространять ту же информацию...

... все, что нужно изменить с точки зрения репликазы, - это направление ее продвижения по шаблону. Можно было ожидать, что результирующий транскрипт будет образовывать пары оснований с матрицей только на коротком участке перед разделением, но, столкнувшись с проблемой необратимой гибридизации, это было бы желательной особенностью модели.

В этой статье упоминаются некоторые предполагаемые функции параллельных цепей (ps) ДНК с соответствующими ссылками, но я могу получить доступ только к одной из них:

Были предложены и другие функции ps-ДНК в экспрессии генов, рекомбинации, процессинге РНК (14,18,20), упаковке одноцепочечных и димерных вирусных геномов и функции обратной гиразы (12).

Это единственная ссылка, которую я смог найти в приведенной выше статье:

Рамсинг Н.Б., Джовин Т.М. Параллельные дуплексы ДНК. Nucleic Acids Res 16:6659-6676.

Возможность того, что ps-РНК может существовать, интригует ввиду богатого структурного и функционального репертуара видов РНК в целом. На рис. 12 показаны три канонические ситуации, в которых ps-спирали могут возникать в результате взаимодействия полностью или частично гомологичных цепей или образования петли одноцепочечной нуклеиновой кислоты соответствующей последовательности. Топологические последствия таких структур представляют большой интерес, особенно в отношении потенциальные роли пс-ДНК и пс-РНК в (негомологичной) рекомбинации, сплайсинге РНК, стабилизации рибосомной РНК и других клеточных процессах. Кроме того, можно ожидать, что специфические лиганды, особенно белки, могут вмешиваться, чтобы стабилизировать и использовать конформацию с параллельными нитями.