On the problem of lipid coding of genomic DNA: molecular dynamics peculiarities of DNA-phospholipid complexes

Abstract

Lipids can be bound to nucleic acids forming coding sequence at genomic DNA, and participating in realization of language of genome. Interaction of DNA oligonucleotide(A)20-(T)20 is studied with by moleculat dynamics method. The complex is prepared as a result of molecular docking, phospholipid molecule being located at DNA minor groove. Binding energy is equal to - 6.3 kcal/mol. Formation of hydrogen binding, interactions leading to those bonds, and some other interactions between DNA and phospholipid. The number of those interactions due to molecular dynamics is varied between 175 and 337. The key role in stabilization of DNA-phospholipid complex play also van-der-vaals and hydrophobic interactions along with hydrogen binding. The role of ethanolamine grouping in complexation between DNA and phospholipid is demonstrated.

Keywords

DNA oligonucalotides / phosphatidyl-ethanolamine / DNA-lipid interactions / docking / molecular dynamics / interatomic distances

References

[1] Bischoff G., Zhdanov R.I. Lipidomic - lipids take part in complexity of human genome. Chem. Ingen. Tech. 2002; 74 (5): 714.

[2] Lagarde M., Geloen A., Record M. et al. Lipidomics is emerging. Biochim. Biophys. Acta. 2003; 1634: 61.

[3] Wenk M.R. The emerging field of lipidomics. Nat. Rev. 2005; 4: 594-610.

[4] Carvalho M., Sampaio J.L., Palm W. et al. Effects of diet and development on the Drosophila lipidome. J. Molecular Syst. Biol., 2012; 8 (1): 600-5.

[5] Albi E., Magni M.P. The role of intranuclear lipids. Biol. Cell. 2004; 96 (8): 657-67.

[6] Struchkov V.A., Strazhevskaya N.B., Zhdanov R.I. Specific natural DNA-bound lipids in post-genome era. The lipid conception of chromatin organization. Bioelectrochem. 2002; 56 (1-2): 195-8.

[7] Zhdanov R.I., Shmyrina A.S., Zarubina T.V. et al. Nature of DNA-bound fatty acids in Pseudomonas aurantiaca. FEMS Microbiol. Lett. 2006; 265: 151-8.

[8] Zhdanov R.I., Strazhevskaya N.B., Jdanov A.R. et al. A Spectroscopic and surface plasmon resonance study of oleic acid/DNA complexes. J. Biomol. Str. Dynamics. 2002; 20 (2): 231-241.

[9] Zhdanov R.I., Ibragimova M.Y. New informational level at genomic DNA: lipids specifically bound to DNA. Genetics and Chemistry Sharing a Language of Discovery: Cell Symposium series, May 23-25, 2012, Boston, USA. Book of abstracts 2012; 29.

[10] Hianik T., Zhdanov R.I., editors. Special issue devoted to lipid-nucleic acid interactions and complexes. Bioelectrochem. 2002; 58 (1): 121 pp.

[11] Struchkov V.A., Strazhevskaya N.B., Zhdanov R.I. DNA-bound lipids of normal and tumor cells: retrospective and outlooks for functional genomics. Bioelectrochem. 2002; 58 (1): 23-30.

[12] Шепелев А.П., Шестопалов А.В., Рындич А.А. и др. Связанные с ДНК липиды терморезистентных и термолабильных штаммов Shigella sonnei. Бюллет. Эксп. Биол. Мед. 1995; 120(2): 332-33.

[13] Жданов Р.И., Дьячков е.П., Стручков В.А. и др. ДНКсвязанные липиды: компьютерное моделирование взаимодействия ДНК со стеариновой и ненасыщенными кислотами. Изв. Акад. Наук. Сер.хим. 2003; 52 (9): 1794-800.

[14] Жданов Р.И., е.П. Дьячков, Стражевская Н.Б. и др. Структура и стабильность комплексов олигомеров ДНК и жирными киснаучной деятельности, а также поддержана грантом РФФИ № 12-03-97089-р_поволжье. Р.И.Ж. - реципиент гранта Фонда им. А. фон Гумбольдта (Бонн, Германия). лотами согласно данным молекулярной механики. Докл. Акад.наук. 2003; 390 (4): 548-52.

[15] Дьячков е.П., Ибрагимова М.Я., Дьячков П.Н. и др. Исследование взаимодействия ДНК с жирными кислотами методом молекулярного докинга. Ученые записки Казанского Университета. Серия естеств. Науки 2011; 153(1): 86-96.

[16] Тарасов Д.С., Ибрагимова М.Я., Изотова е.Д. и др. Молекулярная динамика и свободная энергия связывания линолевой кислоты с ДНК в водном растворе. Доклады Акад. Наук. 2012; 446 (2): 226-31.

[17] Ibragimova M.Y., Akberova N.I., Tarasov D.S. et al. Fatty acid regulation of gene expression: bioinformatics view to structure and dynamics of DNA-fatty acid complexation FEBS J. 2013; 280 (Supl.1): 560.

[18] Kleywegt G.J. Acta Cryst. 2007; D63: 94-100 (CCP4 Proceedings).

[19] Trott О., Olson A.J. AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading. J. Comp. Chem. 2010; 31: 455-61.

[20] Phillips J.C., Braun R., Wang W. et al. Scalable molecular dynamics with NAMD. J. Comput. Chem. 2005; 26: 1781-1802.

[21] Wang J., Wolf R.M., Caldwell J.W. et al. Development and testing of a general amber force field. J. Comput. Chem. 2004; 25: 1157-74.

[22] Жданов Р.И., Тарасов Д.С., Изотова е. и др. Особенности комплексообразования ДНК с олеиновой кислотой по данным молекулярной динамики и спектров ЯМР. Докл. Акад. Наук 2015. [в печати].

[23] Michanek A., Yanez M., Wacklin H. et al. RNA and DNA association to zwitterionic and charged monolayers at the air-liquid interface. Langmur. 2012; 28 (25): 9621-33.

[24] Жданов Р.И., Лоренц В., Керн Д. и др. Жирнокислотный состав ,pi-IK-cBq3aHHbix липидов Pseudomonas aurantiaca по данным масс-спектрометрии. Цитология 2014; 56 (6): 437-8.

[25] Жданов Р.И., Керн Д., Лоренц В. и др. Жирнокислотный и липидный профиль ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca по данным масс-спектрометрии. Микробиология 2014; 84(1): 50-7.

[26] Bischoff G., Hoffmann S., Zhdanov R. DNA binding of drugs in medicinal therapies. Frount. Med. Chem. 2004; 1: 619-54.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector