Природные гипотетические олигонуклеотидные модификаторы, регуляторы активности и теоретические минимальные РНК-кольца, упорядочивающие процессы экспрессии и модификации генов/генома

Специальный гипотетический механизм вариабельной поэпитопной обратной трансляции (по крайней мере 2 типов) отдельного эпитопа эукариотической клетки, вероятно, способен воспроизводить первичные линейные (типа сенс-/антисенс-, CRISPR-, повторподобные и др.) и вторичные конформационные (подобные квадруплексным, РНК-шпилечным, РНК-кольцевым структурам и др.) олигонуклеотидные структуры. Эти структуры формируются в митохондриальной мембраносвязанной супрамолекулярной и содержащей наномолекулярные включения гипотетической частице ретранслосоме. Это так называемые нуклеиновые эквиваленты (НЭ) белкового эпитопа, олиго-НЭ, мономерные в ~15–30 и олигомерные в ~(15–30)n нуклеотидов, потенциально способные участвовать в регуляции экспрессии (активации, терминации, переключении) и модификации генов/генома, а также в создании белок/ферментсодержащих нуклеопротеидных платформа-/модуль-/комплексподобных образований в нормальных и некоторых патологически измененных (в частности, опухолевых) и вирусинфицированных клетках. Недавно в базах GenBank показаны реально и выстроены/рассчитаны биоинформатически in silico минимальные теоретические в ~22 нуклеотида и более длинные РНК-кольцевые (стебель-петлевые) структуры. Их состав зависит от постоянно протекающих химических и ферментативных процессов (в том числе мутаций дезаминирования), а свойства связывают, соответственно, с ранним (эпохи циркулярного кода) и более поздним (эпохи современного универсального кодирования, включающего циркулярный код в качестве составной части) эволюционными периодами становления генетического кода. Принято считать, что с РНК-кольцевыми стебель-петлевыми структурами, схожими с ранее и независимо предложенными олиго-НЭ, связано появление и становление, соответственно, раннеэволюционных (прото-тРНК, прото-рРНК) и современных вариантов молекул-компонентов трансляционной машины митохондрий и цитоплазмы, таких как тРНК, рРНК и мРНК рибосомоассоциированных генов белков.

1. Li W., Notani D., Rosenfeld M.G. Enhancers as non-coding RNA transcription units: recent insights and future perspectives. Nat Rev Genet 2016;17(4):207–23. DOI: 10.1038/nrg.2016.4.

2. Panda AC. Circular RNAs act as miRNA sponges. Adv Exp Med Biol 2018;1087:67–79. DOI: 10.1007/978-981-13-1426-1_6.

3. Долинная Н.Г., Оглоблина А.М., Якубовская М.Г. Структура, свойства и биологическое значение G-квадруплексов ДНК и РНК. Взгляд через 50 лет после их открытия. Успехи биологической химии 2016;56:53–154. [

4. Brown J.A. Unraveling the structure and biological functions of RNA triple helices. Wiley Interdiscip Rev RNA 2020;11(6):e1598. DOI: 10.1002/wrna.1598.

5. Demongeot J., Seligmann H. Theoretical minimal RNA rings recapitulate the order of the genetic codeʼs codon-amino acid assignments. J Theor Biol 2019;471:108–16. DOI: 10.1016/j.jtbi.2019.03.024.

6. Demongeot J., Seligmann H. Theoretical minimal RNA rings designed according to coding constraints mimic deamination gradients. Naturwissenschaften 2019;106(7–8):44. DOI: 10.1007/s00114-019-1638-5.

7. Дейчман А.М., Цой В.Ч., Барышников А.Ю. Редактирование РНК. Гипотетические механизмы (монография). М.: Практическая Медицина, 2005. 265 c.

8. Дейчман А.М. Возвращаясь к вопросу о РНК/Белковой симметрии. Исследовано в России 2007:1629–79.

9. Дейчман А.М. Один из вариантов точечных мутаций возможно запускается поэпитопной обратной трансляцией. Гипотетическая концепция. М.: Рукоп. депон. ВИНИТИ, 1993. № 1502-В93. 56 с.

10. Дейчман А.М. Возможное управление праймер-опосредованной репликацией в митохондриях и хромосомальной ДНК. Поддержание не хаотической регуляции экспрессии генома митохондрий. Энвайронментальная эпидемиология 2011;6:996–1069. [

11. Дейчман А.М. О возможных новых механизмах образования коротких нуклеотидных последовательностей, участвующих в регуляции экспрессии генома. Российский биотерапевтический журнал 2011;10(4):17–27.

12. Дейчман А.М., Зиновьев С.В., Барышников А.Ю. Экспрессия генов и малые РНК в онкологии. Российский биотерапевтический журнал 2009;8(3):107–18.

13. Дейчман А.М. Гипотетические механизмы формирования гипервариабельных и консервативных олигонуклеотидных участков генома. Возможные перспективы. Российский биотерапевтический журнал 2007;6(3):51–60.

14. Филиппович И.И., Ноздрина В.Н., Светелукин В.В., Опарин А.П. Изучение локализации систем трансляции и транскрипции в тонкой структуре хлоропластов в связи с гранообразованием. В кн.: Молекулярная генетика митохондрий. Под ред. С.А. Нейфаха, А.С. Трошина. Л.: Наука, 1977. С. 11–20.

15. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. Пер. с англ. Л.В. Малининой, В.В. Махалдиани. Под ред. Б.К. Вайнштейна. М.: Мир, 1987. 584 c.

16. Дейчман А.М., Барышникова М.А., Косоруков В.С. Необходимость выявления CRISPR-подобных и других формируемых клеткой природных олигонуклеотидных структур для исследований и создания более совершенных моделей управления молекулярно- генетическими, биохимическими (др.) процессами, в частности, при врожденных и приобретенных генетических патологиях. В кн: Сборник научных статей по итогам Межвузовского научного конгресса «Высшая школа: научные исследования ». М., 2020. С. 87–92.

17. Yang M.Y., Bowmaker M., Reyes A. et al. Biased Incorporation of Ribonucleotides on the Mitochondrial L-Strand Accounts for Apparent Strand- Asymmetric DNA Replication. Cell 2002;111(4):495–505. DOI: 10.1016/s0092-8674(02)01075-9.

18. Wolf Y.I., Koonin E.V. Origin of an animal mitochondrial DNA polymerase subunit via lineage-specific acquisition of a glycyl-tRNA synthetase from bacteria of the Thermus-Deinococcus group. Trends Genet 2001;17(8):431–3. DOI: 10.1016/s0168-9525(01)02370-8.

19. Дейчман А.М. Генетический код: от потоков элементарных частиц (фотонов, др.) – до формирования геномов и генетического кода. В контексте гипотетического механизма биосинтеза олигонуклеотидов вне генома (монография). М.: Мир науки, 2017. 417 с.

20. Дейчман А.М. Межмолекулярные взаимодействия в самоорганизующихся биосистемах. В кн.: Сборник тезисов международной научной интернет-конференции «На стыке наук. Физико-химическая серия» Казанского (Приволжского) федерального университета (совместно с PaxGrid), 2013. С. 80–84.

21. Seligmann H. Mitochondrial swinger replication: DNA replication systematically exchanging nucleotides and short 16S ribosomal DNA swinger inserts. Biosystems 2014;125:22–31. DOI: 10.1016/j.biosystems.2014.09.012.

22. Trifonov E.N. The triplet code from first principles. J Biomol Struct Dyn 2004;22(1):1–11. DOI: 10.1080/07391102.2004.10506975.

23. Maizels N., Weiner A.M. Phylogeny from function: evidence from the molecular fossil record that tRNA originated in replication, not translation. Proc Natl Acad Sci U S A 1994;91(15):6729–34. DOI: 10.1073/pnas.91.15.6729.

24. Альтштейн А.Д., Ефимов А.В. Физико-химические основы происхождения генетического кода: стереохимический анализ взаимодействий аминокислот и нуклеотидов, основанных на гипотезе прогенов. Молекулярная биология 1988;22(5):1411–29.

25. Nelsestuen G.L. Amino acid-directed nucleic acid synthesis. A possible mechanism in the origin of life. J Mol Evol 1978;11(2):109–20. DOI: 10.1007/BF01733887.

26. Seligmann H. Pocketknife tRNA hypothesis: anticodons in mammal mitochondrial tRNA side-arm loops translate proteins? Biosystems 2013;113(3):165–76. DOI: 10.1016/j.biosystems.2013.07.004.

27. Michel C.J., Seligmann H. Bijective transformation circular codes and nucleotide exchanging RNA transcription. Biosystems 2014;118:39–50. DOI: 10.1016/j.biosystems.2014.02.002.

28. Шабалкин И.П., Шабалкин П.И., Ягубов А.С. Эволюция генетического алфавита и аминокислотного кода. Журнал эволюционной биохимии и физиологии 2003;39(5):488–94.

29. Хрусталев В.В. Биохимические механизмы мутационного давления в методологии вычислительной биологии: монография. Под ред. Е.В. Барковского. Минск: БГМУ, 2010. 212 с.

30. Хрусталев В.В. Репликация, транскрипция, мутационное давление: монография. Под ред. Е.В. Барковского. Минск: БГМУ, 2011. 278 с.

31. Pellejero L.B., Mahdifar M., Ercolani G. et al. Using antibodies to control DNA-templated chemical reactions. Nat Commun 2020;11(1):6242. DOI: 10.1038/s41467-020-20024-3.

32. Root-Bernstein M., Root-Bernstein R. The ribosome as a missing link in the evolution of life. J Theor Biol 2015;367:130–58. DOI: 10.1016/j.jtbi.2014.11.025.

33. Olavarria J.V., Burzio V.A., Borgna V. et al. Long Noncoding Mitochondrial RNAs (LncmtRNAs) as Targets for Cancer Therapy. In book: Mitochondrial DNA – New Insights. Ed. by H. Seligmann. IntexOpen, 2018. Pp. 179–194. DOI: 10.5772/intechopen.75453.

34. Houmami N.E., Seligmann H. Evolution of Nucleotide Punctuation Marks: From Structural to Linear Signals. Front Genet 2017;8:36. DOI: 10.3389/fgene.2017.00036.

35. Seligmann H., Labra A. The relation between hairpin formation by mitochondrial WANCY tRNAs and the occurrence of the light strand replication origin in Lepidosauria. Gene 2014;542(2):248–57. DOI: 10.1016/j.gene.2014.02.021.

36. Seligmann H. Mitochondrial tRNAs as light strand replication origins: Similarity between anticodon loops and the loop of the light strand replication origin predicts initiation of DNA replication. Biosystems 2010;99(2):85–93. DOI: 10.1016/j.biosystems.2009.09.003.

37. Qi N., Shi Y., Zhang R. et al. Multiple truncated isoforms of MAVS prevent its spontaneous aggregation in antiviral innate immune signaling. Nat Commun 2017;8:15676. DOI: 10.1038/ncomms15676.

38. Дейчман А.М. Возможные мембран-связанные тонкие эффекты микродоз биомакромолекул, их фрагментов и слабых взаимодействий на некоторые специфические иммунологические, биохимические и патологические процессы. В кн.: Тезисы XIII международной крымской конференции «Космос и биосфера». Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2019. С. 53–56.