Electrostatic map of T7 DNA: comparative analysis of functional and electrostatic properties of T7 RNA polymerase-specific promoters

Abstract

The entire T7 bacteriophage genome contains 39937 base pairs (Database NCBI RefSeq N1001604). Here, electrostatic potential distribution around double helical T7 DNA was calculated by Coulomb method using the computer program of Sorokin A.A. (lptolik@gmail.com). Electrostatic profiles of 17 promoters recognized by T7 phage-specific RNA polymerase were analyzed. It was shown that electrostatic profiles of all T7 RNA polymerase-specific promoters can be characterized by distinctive motifs which are specific for each promoter class. Comparative analysis of electrostatic profiles of native T7 promoters of different classes demonstrates that T7 RNA polymerase can differentiate them due to their electrostatic features.

Stress-induced duplex destabilization (SIDD) profiles for T7 bacteriophage promoters

“…В ходе многочисленных исследований показано, что разные физические свойства дуплекса промоторной ДНК (электростатический профиль, термостабильность и наличие легкоплавких участков, конформационная подвижность, изгибность, наличие изломов, петель и крестообразных структур, динамические характеристики и др.) могут служить детерминирующими элементами прокариотических промоторов, узнаваемыми нативной РНК-полимеразой [Kamzolova, Postnikova, 1981;Margalit et al, 1988;Perez-Martin et al, 1994;Jensen et al, 1999;Yeremian, 2000;Kamzolova et al, 2000;Kamzolova et al, 2005;Wang, Benham, 2006;Sorokin et al, 2006;Osipov et al, 2010;Kamzolova et al, 2014].…”

“…Особенно наглядно это продемонстрировано для РНК-полимеразы бактериофага T7 и ее многочисленных нативных промоторов [Kamzolova et al, 2014;Сорокин и др, 2016]. Как показано в этом случае, комплементарные электростатические взаимодействия между детерминирующими элементами Т7 промоторов и различными функционально значимыми компонентами промотор-связывающего центра Т7-РНК-полимеразы способствуют наиболее адекватной для каждого индивидуального промотора локализации фермента на промоторной ДНК, что определяет характер и скорость дальнейших конформационных переходов промоторно-полимеразного комплекса, а также его биохимические свойства [Kamzolova et al, 2014]. Следует подчеркнуть, что разные промоторы отличаются по характеру электростатических взаимодействий с активным центром РНК-полимеразы.…”

“…Объектом настоящего исследования служит полногеномная ДНК литического бактериофага Т7, а именно ее промоторные области, как взаимодействующие с sigma 70 РНК-полимеразой E. coli, так и узнаваемые фагоспецифичной Т7 РНК-полимеразой. Данные исследования представляют дополнительный интерес в связи с тем, что для рассмотренных промоторов ранее были опубликованы данные о различиях электростатических профилей [Kamzolova et al, 2014; Сорокин и др., 2016; Камзолова и др., 2015]. Это делает возможным сравнительный анализ двух различных физических свойств на примере промоторных областей бактериофага T7.…”

T7-like promoter function: DNA physics implication

“…t7 bacteriophage and related genomes can serve as suitable study objects in the field due to their small genomes being transcribed by two different RNA-polymerase including host-specific and native one encoded by phage dNA. the latter enzyme is characterized by small size, high processivity, and capability of discriminating promoters that have very similar primary structure but differ in biochemical and physical properties as well as activation time during lifecycle [1]. the dNA physicochemical properties of the promoter are likely to affect their differential recognition as well as implication in replication, etc.…”

37 Spatial organisation of electrostatic interactions between T7 specific RNA polymerase and its native promoters

“…Here contribution of electrostatic interaction in protei-DNA recognition is presented by an example of complexes T7 specific RNA polymerase (RNAP) with its native promoters. Distribution of electrostatic potential around promoter binding centre (PBC) of RNAP has been earlier calculated (Kamzolova et al, 2014). There are three crests of positive potential in the PBC electrostatic pattern, which correspond to three RNAP subdomains involved in promoter recognition.…”