Biomics

ДНК-полимеразы являются необходимым компонентом реакций синтеза цепей ДНК. Для своей работы они требуют присутствия в реакционной смеси катионов двухвалентных металлов. Наиболее типичным кофактором является ион Mg²⁺, однако имеются данные о проявлении некоторыми ДНК-полимеразами своей полимеразной активности и в присутствии иных катионов. Ранее такие данные были получены преимущественно для ДНК-полимераз, не обладающих цепь- вытесняющей активностью. В данной работе с помощью молекулярного докинга изучены четвертичные комплексы, содержащие ДНК, трифосфат, катионы Ca²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ или Zn²⁺ в разных сочетаниях и полимеразу KlenTaq, способную вытеснять старую цепь при синтезе новой. Определены энергетические параметры комплексов, а также позиции и типы химических связей в них. Обнаружено, что максимальное число ионных связей образуется при наличии в системе сочетаний ионов Mg²⁺/Cd²⁺ и Mg²⁺/Mg²⁺.

Нуклеиновые кислоты, амплификация, ДНК-полимеразы, кофакторы, молекулярный докинг, молекулярное моделирование.

1. Бикбулатова С.М., Чемерис Д.А., Никоноров Ю.М., Машков О.И., Гарафутдинов Р.Р., Чемерис А.В., Вахитов В.А. Способы детекции результатов полимеразной цепной реакции в режиме реального времени // Вестн. Башгосуниверситета. 2012. Т. 17. № 1. С. 59-67.
2. Гарафутдинов Р.Р., Галимова А.А., Сахабутдинова А.Р., Вахитов В.А., Чемерис А.В. ПЦР-амплификация ДНК с помощью праймеров "встык" // Мол. биол. 2015. Т. 49. № 4.    С.    628. https://doi.org/10.7868/S0026898415040059
3. Гарафутдинов Р.Р., Сахабутдинова А.Р., Гильванов А.Р., Чемерис А.В. Амплификация нуклеиновых кислот “катящимся кольцом” ‒ универсальный метод анализа широкого круга биологических мишеней // Биоорг. химия. 2021. Т.    47. № 6.    С.    721-740. https://doi.org/10.31857/S0132342321060075
4. Сахабутдинова А.Р., Мирсаева Л.Р., Оскорбин И.П., Филипенко М.Л., Гарафутдинов Р.Р. Устранение    мультимеризации    ДНК, возникающей        при    изотермической амплификации в присутствии ДНК-полимеразы Bst exo- // Биоорг. химия. 2020. Т. 46. № 1. С. 56-64. https://doi.org/10.31857/S0132342320010091
5. Ханова Л.И., Гарафутдинов Р.Р., Сахабутдинова А.Р., Чемерис А.В. Влияние нуклеотидного состава ДНК-матриц на протекание неспецифического (ab initio) синтеза ДНК // Biomics.  2022.  Т.14(4).  С.  359-367. https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2022-38
6. Чемерис А.В., Аминев Ф.Г., Гарафутдинов Р.Р., Анисимов В.А., Сагитов А.М., Хуснутдинова Э.К., Сахабутдинова А.Р., Чемерис Д.А., Михайленко К.И. ДНК-криминалистика. М.: Наука, 2022. 466 с. Чемерис А.В., Магданов Э.Г., Гарафутдинов Р.Р., Вахитов В.А. Как исключить появление ложно-позитивных результатов при проведении полимеразной цепной реакции? // Вестн. биотехнол. физ.-хим. биол. 2012. Т. 8. № 3. С. 34-45.
7. Чемерис А.В., Чемерис Д.А., Магданов Э.Г., Гарафутдинов Р.Р., Нагаев Н.Р., Вахитов В.А. Причины ложно-негативной ПЦР и недопущение некоторых из них // Биомика. 2012. Т. 4. № 1. С. 31-47.  
8. Чемерис Д.А., Магданов Э.Г., Машков О.И., Гарафутдинов Р.Р., Чемерис А.В. ПЦР с отложенным (горячим или задержанным) стартом // Биомика. 2011. Т. 2. № 1. С. 1-8.
9. Broeders S.R., De Keersmaecker S.C., Roosens N.H. How to deal with the upcoming challenges in GMO detection in food and feed // J. Biomed. Biotechnol.    2012.    402418. https://doi.org/10.1155/2012/402418
10. Burtis C.A., Ashwood E.R., Bruns D.E. 2013. Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. 5th ed. St. Louis: Saunders Elsevier. Compton J. Nucleic acid sequence-based amplification // Nature. 1991. V. 350(6313). P. 91- 92. https://doi.org/10.1038/350091a0
11. Fire A., Xu S.Q. Rolling replication of short DNA circles // Proc. Natl. Acad. Sci USA. 1995. V. 92(10).    P.    4641-4645. https://doi.org/10.1073/pnas.92.10.4641
12. Friesner R.A., R.B. Murphy, M.P. Repasky, L.L. Frye, J.R. Greenwood, T.A. Halgren, P.C. Sanschagrin, D.T. Mainz, Extra Precision Glide: Docking and Scoring Incorporating a Model of Hydrophobic Enclosure for Protein-Ligand Complexes // J. Med. Chem. 2006. V. 49. P. 6177-6196. https://doi.org/10.1021/jm051256o
13. Garafutdinov R.R., Gilvanov A.R., Sakhabutdinova A.R. The influence of reaction conditions on DNA multimerization during isothermal amplification with Bst DNA polymerase // Appl. Biochem. Biotechnol.  2020.  V.  190.  P.  758-771. https://doi.org/10.1007/s12010-019-03127-6
14. Garafutdinov R.R., Sakhabutdinova A.R., Kupryushkin M.S., Pyshnyi D.V. Prevention of DNA multimerization during isothermal amplification with Bst exo- DNA polymerase // Biochimie.  2020.  V.  168.  P.  259-267. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2019.11.013
15. Garafutdinov R.R., Galimova A.A., Sakhabutdinova A.R. Polymerase Chain Reaction With Nearby Primers // Anal. Biochem. 2017. V. 518.    P.    126-133. https://doi.org/10.1016/j.ab.2016.11.017
16. Garafutdinov R.R., Kupova O.Yu., Gilvanov A.R., Sakhabutdinova A.R. Data on molecular docking simulations of quaternary complexes 'Bst exo- polymerase-DNA-dCTP-metal cations' // Data-in- Brief.    2020.    V.    33,    106549. https://doi.org/10.1016/j.dib.2020.106549
17. Garafutdinov R.R., Gilvanov A.R., Kupova O.Y., Sakhabutdinova A.R. Effect of metal ions on isothermal amplification with Bst exo- DNA polymerase // Int. J. Biol. Macromol. 2020. V. 161. P.   1447-1455. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.028          
18. Myers T.W., Gerald D.H. Reverse transcription and DNA amplification by a Thermus thermophilus DNA polymerase // Biochemistry. 1991. V. 30. P. 7661-7666. https://doi.org/10.1021/bi00245a001
19. Notomi T., Okayama H., Masubuchi H., Yonekawa T., Watanabe K., Amino N., Hase T. Loop- mediated isothermal amplification of DNA // Nucleic Acids Res. 2000. V. 28(12). E63. https://doi.org/10.1093/nar/28.12.e63.
20. Ralec C., Henry E., Lemor M., Killelea T., Henneke G. Calcium-driven DNA synthesis by a high-fidelity DNA polymerase // Nucleic Acids Res. 2017.   V.   45.   P.   12425-12440. https://doi.org/10.1093/nar/gkx927
21. Saiki R.K., Scharf S., Faloona F., Mullis K.B., Horn G.T., Erlich H.A., Arnheim N. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia // Science. 1985. V. 230. P. 1350-1354. https://doi.org/10.1126/science.2999980
22. Sakhabutdinova A.R., Kamalov M.I., Salakhieva D.V., Mavzyutov A.R., Garafutdinov R.R. Inhibition of nonspecific polymerase activity using Poly(Aspartic) acid as a model anionic polyelectrolyte // Anal. Biochem. 2021. V. 628. 114267. https://doi.org/10.1016/j.ab.2021.114267 
23. Sastry G.M., Adzhigirey M., Day T., Annabhimoju R., Sherman W. Protein and ligand preparation: Parameters, protocols, and influence on virtual screening enrichments // J. Comput. Aid. Mol. Des. 2013.    V.    27.    P.    221-234. https://doi.org/10.1007/s10822-013-9644-8
24. Steitz T.A. A mechanism for all polymerases // Nature.    1998.    V.    391.    P.    231-232. https://doi.org/10.1038/34542.
25. Tsai M.-D. Catalytic mechanism of DNA polymerases - Two metal ions or three? // Protein Sci.   2019.   V.   28.   P.   288-291. https://doi.org/10.1002/pro.3542
26. Vashishtha A.K., Wang J., Konigsberg W.H. Different Divalent Cations Alter the Kinetics and Fidelity of DNA Polymerases // J. Biol. Chem. 2016.   V.   291.   P.   20869-20875. https://doi.org/10.1074/jbc.R116.742494
27. Vashishtha A.K., Konigsberg W.H. Effect of different divalent cations on the kinetics and fidelity of Bacillus stearothermophilus DNA polymerase // Biochemistry. 2018. V. 55. P. 2661-2670. https://doi.org/10.3934/biophy.2018.2.125
28. Walter N.G., Strunk G. Strand displacement amplification as an in vitro model for rolling-circle replication: deletion formation and evolution during serial transfer // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994.   V.    91(17).    P.    7937-7941. https://doi.org/10.1073/pnas.91.17.7937
29. Yang W., Weng P.J., Gao Y. A new paradigm of DNA synthesis: three-metal-ion catalysis // Cell Biosci.   2016.   V.   6.   P.   51. https://doi.org/10.1186/s13578-016-0118-2
30. Zyrina N.V., Antipova V.N., Zheleznaya L.A. Ab initio synthesis by DNA polymerases // FEMS Microbiol. Lett. 2014. V. 351. P. 1-6. https://doi.org/10.1111/1574-6968.12326