Разработка компьютерного алгоритма поиска вегетативных промоторов в геноме Escherichia coli тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Брок-Волчанский, Антон Сергеевич

• Брок-Волчанский, Антон Сергеевич
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Брок-Волчанский, Антон Сергеевич

Список сокращений.

Список используемых терминов.

Содержание.

Введение.

1. Особенности структурной организации промоторов и способы ее учета в компьютерных алгоритмах поиска промоторов (обзор литературы).

1.1. Общая характеристика РНК-полимеразы R coli.

1.2. Стадии транскрипционного цикла.

1.3. Особенности нуклеотидной последовательности промоторов.

1.4. Консервативные элементы - главные детерминанты промоторной области.

1.5. Длина участка между консервативными элементами существенна для эффективного взаимодействия с РНК-полимеразой.

1.6. Неконсервативные участки промоторов.

1.6.1. Последовательности нуклеотидов вокруг стартовой точки транскрипции.

1.6.2. Функциональное значение динуклеотида TG, расположенного перед консервативным элементом -10.

1.6.3. Особенности структурной организации "upstream" области промоторов.

1.6.4. Взаимодействие "upstream" области промотора с а-субьединицами РНК-полимеразы.

1.6.5. Дополнительные структурные факторы, влияющие на матричную активность промоторов.

1.7. Методы алгоритмизации структурных особенностей промоторов для построения компьютерного алгоритма поиска промоторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка компьютерного алгоритма поиска вегетативных промоторов в геноме Escherichia coli»

Расшифровка полной нуклеотидной последовательности ряда геномов и наличие данных о зависимости генной экспрессии от целого ряда физико-химических факторов позволяют приступить к модельной реконструкции функциональных взаимоотношений в живой клетке. Необходимым условием для этого является полная аннотация всех регуляторных элементов генома (промоторов, регуляторных белков и РНК). Однако даже идентификация их является сложной биохимической задачей. Так, например, промоторные участки за более чем 30 лет установлены только для 10-15% генов. Использование информационных подходов, предсказывающих расположение регуляторных участков в геноме, способно значительно облегчить и ускорить этот процесс. Однако точность компьютерного предсказания промоторных участков до сих пор была очень низкой. Это обусловлено вырожденностью контекста консервативных элементов промоторов, специфически распознаваемых о-субъединицами РНК-полимеразы. Так, в бактериальной ДНК число мест, имеющих типичную для промоторов степень гомологии с их консервативными элементами, на несколько порядков превышает число генов. Абсолютное большинство этих мест не используется транскрипционным аппаратом клетки и, следовательно, текстуальное соответствие консенсусу не является достаточным для обозначения регуляторных участков.

Несмотря на то, что алгоритмы поиска промоторов, учитывающие характер доминирования нуклеотидных пар в консервативных элементах, уже много лет используются для предсказания потенциальных промоторов перед известными генами, они не пригодны для картирования транскрибируемых участков в геноме. В данной работе предпринята попытка учесть особенности генетического окружения консенсусных элементов. К этим особенностям, в первую очередь, относятся элементы нуклеотидной последовательности, способные взаимодействовать с а-субъединицами РНК-полимеразы. Кроме этого, учтены последовательности, формирующие анизотропные изгибы оси двойной спирали ДНК; гибкие динуклеотиды, обеспечивающие способность промоторов подвергаться адаптивным конформационным превращениям; А/Т-треки, предположительно принимающие участие в поступательном движении РНК-полимеразы вдоль матрицы; и повторяющиеся мотивы нуклеотидной последовательности, являющиеся потенциальными мишенями для взаимодействия с регуляторными белками. Формализация этих параметров позволила создать эффективный компьютерный алгоритм, пригодный для полного сканирования бактериального генома.

В процессе сканирования было обнаружено 3936 потенциальных промоторных участков, часть из которых могут контролировать экспрессию неизвестных пока генов. Значительная часть промотор-подобных участков была обнаружена в кодирующих участках генов и в промежутках между генами, не предполагающими наличие промоторов. Эти места могут кодировать синтез нетранслируемых РНК, обнаружение которых другими методами является исключительно сложной задачей. Предоставляя интегральную картину о распределении транскрибируемых участков в геноме, полученные данные создают основу для моделирования экспрессии генных ансамблей и могут послужить отправной точкой для сравнительного эволюционного анализа.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Брок-Волчанский, Антон Сергеевич

выводы

1. Впервые выявлена неслучайность в распределении А/Т и G/C-nap в диапазоне (-210/-70). Соответствующее расширение промоторной области объединяет в общую платформу участки связывания РНК-полимеразы и большинства регуляторов транскрипции.

2. Разработан компьютерный алгоритм, способный с достоверностью 99,6% идентифицировать ~91% вегетативных промоторов в геноме и обеспечивающий высокую точность позиционирования стартовой точки транскрипции.

3. Впервые проведено полное сканирование генома Kcoli, обнаружившее 3936 неперекрывающихся участков, способных с вероятностью 99,994% инициировать транскрипцию. Более 27% предсказанных промоторов расположено внутри кодирующих последовательностей, а более 15% находятся в участках, не предполагающих наличие промотора для известных генов. Выявленные промоторы могут контролировать экспрессию новых генов, в том числе генов нетранслируемых РНК, обнаружение которых другими методами является сложной задачей.

Благодарности

От всей души благодарю Ольгу Николаевну Озолинь, моего Научного Руководителя, за неоценимую помощь, выражавшуюся как в постоянных консультациях и обсуждении работы, так и в чутком человеческом отношении. А также за неизмеримое терпение!!! Работая с Ольгой Николаевной и наблюдая ее самоотверженный труд, глубочайшее понимание существа любого (!) вопроса, широчайшую эрудицию и, что, может быть, стоило бы поставить на первое место - личные душевные качества, я постоянно поражался этой Женщине! Для меня Ольга Николаевна - эталон Ученого и Человека!

Выражаю глубокую благодарность Александру Александровичу Дееву (ИТЭБ РАН) за предоставленный набор программ, с помощью которых была произведена вся предварительная оценка (а это немалая доля от общего времени, затраченного на работу) и часть заключительной работы, за его помощь и консультации и готовность в любой момент выделить в напряженном графике время и силы, чтобы разъяснить, показать, поправить. Огромное Вам спасибо, Александр Александрович!!!

Хочу поблагодарить всех сотрудников нашей группы за дружескую поддержку и атмосферу, располагающую к работе, не смотря на «высокую плотность населения» нашей лаборатории!

Искренне благодарен оппонентам и рецензентам - Игорю Петровичу Белецкому и Владиславу Михайловичу Комарову - за отмеченные недостатки и ошибки, за внимание, оказанное моей работе и время, потраченное на ее внимательное изучение, а также Виктору Ивановичу Попову за каверзные вопросы с целью научить на них отвечать.

Отдельное спасибо хочется сказать Татьяне Ивановне Смолихиной за организацию процесса подготовки к защите, благодаря ее усилиям с моих плеч было убрано множество организационных моментов, и высвобождено время на доработку и исправление ошибок и недочетов в работе.

Прошу прощения у своих близких - Мамы и Веры, за то, что так мало оказывал им внимания всё это время, и благодарю их за все, чем они могли мне помочь!!! Отдельная благодарность Вере за внимательное прочтение макета диссертации и поиск ошибок!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для масштабного моделирования клеточного метаболизма в условиях нормального роста и различных стрессов необходима идентификация всех регуляторных элементов генома (промоторов, регуляторных белков и РНК). Предварительное картирование промоторов с помощью информационных подходов существенно облегчает эту задачу и позволяет получать интегральную характеристику экспрессируемых в различных условиях генов. Необходимым условием является высокая селективность компьютерных алгоритмов, обеспечивающая эффективный поиск регуляторных участков на фоне кодирующей ДНК. Построение такого алгоритма и являлось главной целью данной работы. В отличие от ранее предложенных подходов, помимо консервативных элементов, распознаваемых о70-субъединицей РНК-полимеразы, были учтены элементы, контактирующие с а-субъединицей фермента; последовательности, формирующие устойчивые изгибы оси двойной спирали ДНК; динуклеотиды, обеспечивающие адаптивную изомеризацию ДНК; регулярно распределенные А/Т-треки, предположительно принимающие участие в поступательном движении РНК-полимеразы вдоль матрицы, и повторяющиеся мотивы нуклеотидных последовательностей, находящиеся в участках взаимодействия с большинством регуляторных белков. Высокие предсказательные возможности алгоритма позволили использовать его для тотального картирования вегетативных промоторов в геноме Kcoli, что предоставило интегральную информацию о распределении потенциальных регуляторных участков.

В результате полного сканирования бактериальной хромосомы было обнаружено ~91% известных промоторов, большинство которых входят в состав более или менее компактных кластеров промотор-подобных точек. При этом в ~83% случаях известные промоторы оказались локализованными в максимумах соответствующих кластеров. Это значит, что около 80% промотор-подобных сайтов, предсказанных по положению максимумов в распределении промотор-подобных сайтов, могут быть настоящими промоторами. Ни один из существующих алгоритмов не обладает таким предсказательным потенциалом.

Потенциальные промоторы были обнаружены перед 1981 неизученными пока генами. Все оцениваемые параметры этих предсказанных регуляторных участков оказались похожими на настоящие промоторы. Их предварительная локализация может облегчить идентификацию промоторов экспериментальными методами. Высокая достоверность полученной информации уже сейчас позволяет использовать ее для решения некоторых задач, например, для целенаправленного поиска генов, контролируемых определенными регуляторными белками, или для поиска корреляций с распределением в геноме некоторых структурных особенностей.

Около 16% промотор-подобных сайтов было обнаружено в участках между конвергентными генами или между генами, транскрибируемыми в обратном промотору направлении. Копирование таких генов осуществляется с промоторов, расположенных совсем в других участках хромосомы, или на другой нити ДНК. Наличие явно выраженных промотор-подобных сигналов указывает на возможность существования в этих местах новых генов, обнаружение которых может стать задачей специального исследования.

По крайней мере, некоторые из промоторов, обнаруженных в кодирующих участках генома, могут контролировать синтез антисмысловых РЖ. Другие могут быть местами альтернативного копирования новых белковых продуктов. Для дальнейшего анализа каждого из таких участков необходим поиск потенциальных мест терминации транскрипции, возможных открытых рамок считывания и гомологичных последовательностей в банках данных. Необходимо экспериментальное тестирование транскрипционной активности in vivo и in vitro и полная характеристика РНК-продукта, если таковой будет обнаружен.

Важным результатом проведенного исследования является весомость регулярно распределенных элементов в спецификации промоторных участков. Даже если какие-то из этих элементов (динуклеотиды ТА, А-, Т- или W-треки) непосредственно контактируют с РНК-полимеразой, очевидно, что большинство не специфически влияет на комплексообразование. Указывая на значительность неспецифических взаимодействий при формировании транскрипционного комплекса, это свидетельствует о целесообразности использования регулярно распределенных свойств для идентификации промоторов, распознаваемых другими а-факторами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Брок-Волчанский, Антон Сергеевич, 2004 год

1. Alcxandrov N.N., Mironov А. А. (1990) Application of a new method of pattern recognition in DNA sequence analysis: a study of E. coli promoters. NAR, 18, 1847-1852

2. Лоуата Т., Takanami M. (19S5) Essential structure of К coli promoter. П. Effect of the sequences around the RNA start point on promoter function. NAR, 13, 4085-4096

3. Auble, D.T., Alien, T.L., dellaseth, P.L. (i986) Promoter recognition by Escherichia coli RNA polymerase . Effect of substitutions in the spacer DNA separating the -10 and -35 regions. J. Biol. Chem., 261, 11202-11206

4. Ayers, D.G., Auble, D.T., deliascth, P.L. (1989) Promoter recognition by Escherichia coli RNA polymerase. Role of the spacer DNA in functional complex formation. J. Mol. Biol., 207, 749-756

5. Barker M.M., Gaal Т., and Course R.L. (2001) Mechanism of regulation of transcription initiation by ppGpp. II. Models for positive control based on properties of RNAP mutants and competition for RNAP. J Mol Biol, 305, 689-702

6. Berg O.G. and von Ilippel P.II. (1987) Selection of DNA binding sites by regulatory proteins. Statistical-mechanical theory and application to operators and promoters. J.Mol.Biol., 193, 723-750

7. Bertrand-BurgrafFE., Dunard J., Fuchs R. P. P., and Lefevre (1990) Kinetic studies of the modulation of ada promoter activity by upstream elements. The EMBO Journal, 9, 2265-2271

8. Beutel B.A. and Record M.T. (1990) E. coli promoter spacer regions contain nonrandom sequences which correlate to spacer length. NAR, 18, 3597-3603

9. Blomberg P., Nordstrom K. and Wagner E.G.II. (1992) Replication Control of Piasmid Rl: RepA Synthesis is Regulated by CopA RNA Through Inhibition of Leader Peptide Translation. EMBO J. 11,2675-2683

10. Bossi, L., Smith, D.M. (1984) Conformational changein the DNA associated with an unusual promoter mutation in a tRNA operon of Salmonella. Cell, 39, 643-652

11. Bown J., Barne K., Minchin S., Busby S. (1997) Extended -10 promoters. Nucl. Acids Mol. Biol. 11,41-52

12. Brosius, J., Erfle, M., Storella, J. (1985) Spacing of the -10 and -35 regions in the tac promoter. Effect on its in vivo activity. J. Biol. Chem. 260, 3539-3541

13. Bruncr, M., Bujard, II. (1987) Promoter recognition and promoter strength in Escherichia coli system EMBO J., 6, 3139-3144

14. Carpousis, A. J., Gralla, J.D. (1980) Cycling of ribonucleic acid polymerase to produce oligonucleotides during initiation in vitro at the lacUV5 promoter. Biochemistry, 19, 32453253

15. Carpousis, A.J., Stcfano, J.E., Gralla, J.D. (19S2) 5'-NucIeotide heterogeneity and altered initiation of transcription at mutant lac promoters. J. Mol. Biol., 157, 619-633

16. Cashel M., Gentry D.R., Hernandez V.J., Vinella D. (1996) "The stringent response" in

17. Escherichia coli and Salmonella Typhimurium" ed. Neidhardt F.C. American society of Microbiol. Washington D.C.

18. Chan, В., Spassky, A., Busby, S. (1990) The organization of open complex between E. coli RNA polymerase and DNA fragments carrying promoter either with or without consensus — 35 region sequence. Biochem. J., 270, 141-148

19. Chiang, L.W., Howe, M.M. (1993) Mutational analysis of a C-dependent late promoter of bacteriophage Mu. Genetics, 135, 619-629

20. Collado-Vides J., Magasanik В., Gralla J.D. (199!) Control Site Location and Transcriptional Regulation in Escherichia coli. Microbiol. Rev. 55, 371-394

21. Craig, M.L., Suh, W.-C., Record, M.T.Jr. (1995) HO* and DNase I probing ofEa70 RNA polymerase-XPR promoter open complex: Mg2+ binding and its structural consequences at the transcription start site. Biochemistry, 34, 15624-15632

22. Crothers, D.M., Haran, Т.Е., Nadean, J.G. (1990) Intrinsically bent DNA. J. Biol. Chem., 265, 7093-7096

23. Danot, O., Raibond, O. (1994) Multiple protein-DNA and protein-protein interactions are involved in transcriptional activation by MalT. Mol. Microbiol. 14, 335-346

24. Danot, O., Raibond, O. (1994) Which nucleotides in the "-I0" region are crucial to obtain a fully active MalT-dependent promoter. J. Mol. Biol. 238, 643-648

25. Darst, S.A., Kubalek, E.W., Kornberg, R.D. (1989) Three-dimensional structure of Escherichia coli RNA polymerase holoenzyme determined by electron crystallography. Nature, 340, 730-732

26. DeHaseth, P.L., Zupancic, M.L., Record, M.T.Jr. (1998) RNA polymerase-promoter interactions: the coming and goings of RNA polymerase. J. Bacterid., 180, 3019-3025

27. Deuschle, U., Kammerer, W., Gentz, R., Bujard, II. (1986) Promoters of Escherichia coli: a hierarchy of in vivo strength indicates alternate structures. EMBO J., 5, 2987-2994

28. Dickerson, R.E., Drew, H.R. (1981) Structure of a B-DNA dodecamer. II. Influence of base sequence on helix structure. J. Mol. Biol., 149, 761-786

29. Dickson R.R., Gaal T.,deBoer H.A.,deHaseth P. L., and Gourse R.L. (1989) Identification of promoter mutants defective in growth-rate-dependent regulation of rRNA transcription in Escherichia coli. J Bacteriol. 171,4862-4870

30. Ellinger, Т., Behnke, D., Bujard, H., Gralla, J.D. (1994) Stalling of Escherichia coli RNA polymerase in the +6 to +12 region in vivo is associated with tight binding to consensus promoter elements. J. Mol. Biol. 239, 455-465

31. Estrem S.T., Gaal Т., Ross W., Gourse R.L. (1998) Identification of an UP element consensus sequence for bacterial promoters. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 9761-9766

32. Fukushima A., Ikemura Т., Kinouchi M., Oshima Т., Kudo Y., Mori H. and Kanaya S. (2002) Periodicity in prokaryotic and eukaryotic genomes identified by power srectrum analysis. Gene. 300, Issues 1-2,203-211

33. Gaal Т., Ross W., Blatter E.E., Tang H., Jia X., Krishnan V.V., Assa-Munt N. Ebright R.H., Gourse R.L. (1996) DNA-binding determinants of the a subunit of RNA polymerase: novel DNA-binding domain architecture. Genes Devel. 10, 16-26

34. Gaal, Т., Barkei, J., Dickson, R.R., deBoer, H.A., deHaseth, P.L., Alavi, II., Gourse,R.L. (1989) Saturation mutagenesis of Escherichia coli rRNA promoter and initial characterization of promoter variants. J. Bacteriol., 171,4852-4861

35. Geiselmann, J. (1997) The role of DNA conformation in transcriptional activation in Escherichia coli. J. Biol. Chem. 378, 599-607

36. GifFord C.M. and Wallace S.S. (2000) The genes encoding endonuclease VIII and endonuclease III in Escherichia coli are transcribed as the terminal genes in operons. NAR, 28, 762-769

37. Glass, R.E., Jones, S.T., Ishihama, A. (1986) Genetic studies on the P-subunit of Escherichia coli RNA polymerase. VII. RNA polymerase is a targed for ppGpp. Mol. Gen. Genet. 203, 265-268

38. Grana, D., Gardella, Т., Susskind, M.M. (1988) The effect of mutations in the ant promoter of phage P22 depend on context. Genetics, 120, 319-327

39. Harley C.B., and Reynolds R.P. (1987) Analysis of£l coli promoter sequences. NAR, 15, 2343-2361

40. Hawley D.K. and McClure W.R. (1983) Compilation and analysis of Escherichia coli promoter DNA sequences. NAR, 11, 2237-2254

41. Helmann J.D. (1995) Compilation and analysis of Bacillus subtilis sigma A-dependent promoter sequences: evidence for extended contact between RNA polymerase and upstream promoter DNA. NAR, 23, 2351-2360

42. Hertz G.Z., Stormo G.D. (1996) Escherichia coli promoter sequences: analysis and prediction. Methods Enzymol. 273, 30-42

43. Heumann, H., Ricchetti, M., Werel, W. (1988) DNA-dependent RNA polymerase of Escherichia coli induces bending or an increased flexibility of DNA by specific complex formation. EMBO J. 7, 4379-4381

44. Hidalgo, E., Demple, B. (1997) Spacing of promoter elements regulates the basal expression of the soxS gene and converts SoxR from a transcriptional activator into a repressor. EMBO J., 16, 1056-1065

45. Hivzer J., Rozenberg H., Frolow F., Rabinovich D., Shakked Z. (2001) DNA bending by an adenine-thymine tract and its role in gene regulation. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98, 84908495

46. Hofer, В., Muller, D.t Koster, H. (1985) The pathway of E. coli RNA polymerase promoter complex formation as visualized by footprinting. NAR 13, 5995-6013

47. Horwitz, A.H., Morandi, C., Wilcox, G. (1980) Deoxyribonucleic acid sequence of araBAD promoter mutants of Escherichia coli. J. Bacteril. 142, 659-667

48. Horwitz, HS. (1989) Transcription regulation in vitro by an E. coli promoter containing a DNA cruciform in the-35 region. NAR 17, 5537-5545

49. Horwitz, M.S.Z., Loeb, L.A. (1988) DNA sequences of random origin as probes of Escherichia coli promoter architecture. J. Biol. Chem. 263, 14724-14731

50. Horwitz, M.S.Z., Loeb, L.A. (1988b) An E. coli promoter that regulates transcription by DNA superhelix-induced crucifirm extrusion. Science, 241, 703-705

51. Hsu, L.M., Gannini, J.K., Leung, T.-W.C., Crosthwaite, J.C. (1991) Upstream sequence activation of Escherichia coli argT promoter in vivo and in vitro. Biochemistry, 30, 813-822

52. Huerta A.M. and Collado-Vides J. (2003) "Sigma70 Promoters in Escherichia coli: Specific Transcription in Dense Regions of Overlapping Promoter-like Signals" J.Mol.Biol.333, 261278

53. Jacques, J.P., Susskind, M.M. (1990) Pseudo-templated transcription by Escherichia coli RNA polymerase at a mutant promoter. Genes. Devel. 4, 1801-1810

54. Jacquet, M.A., Ehrich, R., Reiss, C. (1985) In vivo and in vitro effect of mutations in tetA promoter from pSClOl: insertion of polydA*dT stretch in the spacer regiondoes notir '' ' $ the promoter. Biochimie, 67,987-997

55. Jacquet, M.A., Reiss, C. (1990) Transcription in vivo directed by consensus sequences of Escherichia coli promoters: their context heavily affects efficiencies and start sites. NAR, 18,

56. Jeon Y.H., Negishi Т., Shirakawa M., Yamazaki Т., Fujita N., Ishihama A., Kyogoku Y. (1995) Solution structure of the activator contact domain of the RNA polymerase alpha subunit. Science. 270, 1495-14971137-1143

57. Jeong, W., Kang, C. (1994) Start site selection at IacUV5 promoter affected by the sequence context around the initiation sites. NAR 22,4667-4672

58. Jin, D.J. (1996) A mutant RNA polymerase reveals a kinetic mechanism for the switch between nunproductive sruttering synthesis and productive initiation during promoter clearance. J. Biol. Chem. 271, 11659-11667

59. Jin, D.J., Turnbough, C.L. (1994) An Escherichia coli RNA polymerase defective in transcription due to its overproduction of abortive initiation products. J. Mol. Biol. 236, 72-80

60. Jishage, M., Ishihama, A. (1995) Regulation of RNA polymerase sigma subunit synthesis in Escherichia coli: intracellular levels of o70 and a38. J. Bacteriol. 177, 6832-6835

61. Kabata, H., Kurosava, O., Arai, I., Washizu, M., Margarson, S.A., Glass, R.E., Shimamoto, N. (1993) Visualization of single molecules of RNA polymerase sliding along DNA. Science, 262, 1561-1563

62. Kabsch, W., Sander, C., Trifonov, E.N. (1982) The ten helical twist angles of B-DNA. NAR, 10, 1097-1104

63. Keen J., Williams J., Busby S. (1996) Location of essential sequence elements at the Escherichia coli melAB promoter. Biochem. J., 318, 443-449

64. Keiler,K.C., Waller,P.R. & Sauer,R.T. (1996) Role of a peptide tagging system in degradation of proteins synthesized from damaged messenger RNA. Science 271, 990-993

65. Keilty, S., Rosenberg, M. (1987) Constitutive function of a positively regulated promoter reveals new sequence essential for activity. J. Biol. Chem., 262, 6389-6395

66. Kim S., Sim S. and Lee Y. (1999) In vitro analysis of processing at the З'-end of precursors of Ml RNA, the catalytic subunit of Escherichia coli RNase P: multiple pathways and steps for the processing. NAR, 27, 895-902

67. Kobayashi, M., Nagata, K., Ishihama, A. (1990) Promoter selectivity of E. coli RNA polymerase: effect of base substitutions in the promoter-35 region on promoter strength. NAR, 18, 7367-7372lis

68. Koo, H.S., Drak, J., Rice, J.A., Crothers, D.M. (1990) Determination of the extent of DNA bending by an adenine-thymine tract. Biochemistry, 29,4227-4234

69. Kovacic, R.T. (1987) The 0°C closed complexes between Escherichia coli RNA polymerase and two promoters T7-A3 and lac UV5. J. Biol. Chem., 262, 13654-13661

70. Kuhnke, G., Fritz, H.-J., Ehring, R. (1987) Unusual properties of promoter-up mutations in the Escherichia coli galactose operon and evidence suggesting RNA polymerase-induced DNA bending. EMBO J., 6, 507-513

71. Kuhnke, G., Theres, C., Fritz, K.-J., Ehring, R. (1989) RNA polymerase and gal repressor bind simultaneously and with DNA bending in the control region of the E. coli galactose operon. EMBO J., 8, 1247-1255

72. Kumar, A., Malloch, R.A., Fujita, N., Smillie, D.A., Ishihama, A., Hayward, R.S. (1993) The -35 recognition region of E. coli o70 is inessential for initiation of transcription at an "extended minus 10" promoter. J. Mol. Biol., 232,406-418

73. Lavigne, M., Herbert, M., Kolb, A., Buc, H. (1992) Upstream curved sequence influence the initiation of transcription at the E. coli galactose operon. J. Mol. Biol., 224,293-306

74. Lawrence and Reilly, 1990 Lawrence, C. & Reilly, A. (1990). An expectation maximization (EM) algorithm for the identification and characterization of common sites in unaligned biopolymer sequences. Proteins, 7 (1), 41-51

75. Lawrence С., Altschul S., Boguski M., Liu J., Neuwald A., & Wootton J. (1993). Detecting subtle sequence signals: a Gibbs sampling strategy for multiple alignment. Science, 262 (5131), 208-14

76. Lease, Belford (2000) A trans-acting RNA as a control switch in E. coli. PNAS, 97, 99199924

77. Lio P. (2003) Wavelets in bioinformatics and computational biology: state of art and perspectives. BIOINFORMATICS REVIEW, 19,2-9

78. Lisser S., Margalit H. (1993) Compilation of E. coli mRNA promoter sequences. NAR, 21, 1507-1516

79. Liu J., Turnbough C.L.Jr. (1994) Effects of transcriptional start site sequence and position on nucleotide-sensitive selection of alternative start site at the pyrC promoter in Escherichia coli. J. Bacteriol. 176, 2938-2945

80. Loneto M., Gribskov M., Gross C.A. (1992) The a70 family: sequence conservation and evolutionary relationships. J. Bacteriol., 174, 3843-3849

81. Lozinski Т., Adrych-Rozek K., Markiewicz W.T., Wierzchowski K. (1991) Effect of DNA bending in various regions of a consensus-like E. coli promoter on its strength in vivo and structure of the open complex in vitro. NAR, 19, 2947-2953

82. Lukashin A.V., Anshelevich V.V., Amikikyan B.R., Gragerov A.J., Frank-Kamenetsky M.D. (1989) Neural network models for promoter recognition. J. Biomol. Struct. Dynam. 6, 11231133

83. Ma C., Simons RW. (1990) The IS 10 antisense RNA blocks ribosome binding at the transposase translation initiation site. The EMBO Journal. 9, 1267-1274

84. MacDonald D., Herbert K., Zhang X., Polgruto T. (2001) Solution structure of an A-tract DNA bend. J.Mol. Biol. 306, 1081-1098

85. Mack D.R., Chiu Т.К., Dickerson R.E. (2001) Intrinsic bending and deformability at the T-A step of CCTTTAAAGG: a comparative analysis of T-A and A-T steps within A-tracts. J. Mol.Biol. 312, 1037-1049

86. Majdalani N, Chen S, Murrow J, St John K, Gottesman S (2001) "Regulation of RpoS by a novel small RNA: the characterization of RprA." Mol Microbiol, 39, 1382-1394

87. Mandecki, W., ReznikofF, W.S. (1982) A lac promoter with a changed distance between -10 and -35 region. NAR, 10,903-912

88. McClure, W.R. (1985) Mechanism and control of transcription initiation in procaryotes. Annu.Rev. Biochem. 54, 171-204

89. McNamara P.T., Bolshoy A., Trifonov E.N.,Harrington R.E. (1990) Sequence-dependent kinks induced in curved DNA. J. Biomol. Struc. Dyn. 8, 529-539

90. Mecsas, J., Cowing, D.W., Gross, C.A. (1991) Development of RNA polymerase-promoter contacts during open complex formation. J. Mol. Biol., 220, 587-597

91. Mellies J., Brems R. and Villarejo M. (1994) The Escherichia coli proU promoter element and its contribution to osmotically signaled transcription activation. J. Bacteriol., 176, 3638-3645

92. Minakhin L., Severinov K. (2003) On the role of Escherichia coli RNA polymerase o70 region 4.2 and a subunit C-terminal domains in promoter complex formation on the extended -10 galPl promoter. J. Biol. Chem. 278, 29710-29718

93. Mailer Т., Franch Т., Hojrap P., Keene D.R., Bachinger H.P., Brennan R.G. and Valentin-Hansen P. (2002) Hfq: a bacterial Sm-like protein that mediates RNA-RNA interaction. Mol. Cell, 9, 23-30

94. Moyle, H., Walburger, C., Suskind, M.M. (1991) Hierarchies of base pair preferences in the P22 ant promoter. J. Bacteriol., 173, 1944-1950

95. Mulligan M.E., Hawley D.K., Entriken R., McClure W.R. (1984),"Escherichia coli promoter sequences predict in vitro RNA polymerase selectivity", NAR, 12:789-800

96. Murakami K., Fujita N., Ishihama A. (1996) Transcription factor recognition surface on the RNA polymerase alpha subunit is involved in contact with the DNA enhancer element. EMBOJ. 15,4358-4367

97. Murakami К., Kimura M., Owens J.T., Meares C.F., Ishihama A. (1997) The two a subunits of Escherichia coli RNA polymearse are assymetrically arranged and contact different halves of the DNA upstream element. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 94, 1709-1714

98. Murakami K.S., Masuda S., Campbell E.A., Muzzin O., Darst S.A (2002b) Structural basis of transcription initiation: an RNA polymerase holoenzyme/DNA complex at 6.5 A resolution. Science 296, 1285-1290

99. Murakami K.S., Masuda S, Campbell EA, Muzzin O, Darst SA. (2002a) Structural basis of transcription initiation: an RNA polymerase holoenzyme-DN A complex. Science. 296, 1285-1290

100. Nakata K., Kanehisa M. and Maizel J.V. (1988) Discriminant analysis of promoter regions in Escherichia coli sequences. NAR, 4, 367-371

101. Nickerson, C.A., Achberger, E.C. (1995) Role of curved DNA in bending of Escherichia coli RNA polymerase to promoters. J. Bacteriol. 177, 5756-5761

102. O'Halloran, T.V., Frantz, В., Shin, M.K., Ralston, D.M., Jeffrey, J.G. (1989)TheMerR heavy metal receptor mediates positive activation in a topologically novel transcription complex. Cell. 56,119-129

103. O'Neill M.C. (1992) Escherichia coli promoters: neural networks develop distinct descriptions in learning to search for promoters of different spacing classes. NAR, 20, 34713478

104. O'Neill, M.C. (1989) Consensus methods for finding and ranking DNA binding sites.Application to Escherichia coli promoters. J. Mol. Biol., 207, 301-311

105. O'Neill, M.C. (1989) Escherichia coli promoters. I. Consensus as it relates to spacing class, specificiety repeat substructure and three-dimensional organization. J. Biol. Chem., 264, 5522-5531

106. O'Neill, M.C., Chiafari, F. (1989) Escherichia coli promoters. П. A spacing class-dependent promoter search protocol. J. Biol. Chem., 264, 5531-5534

107. Oliphant, AR., Struhl, K. (1988) Defining the consensus sequences of Escherichia coli promoter elements by random selection. NAR, 16,7673-7683

108. Ozawa, Y., Mizuno, Т., Mizushima, S. (1987) Roles of Pribnow box in positive regulation of the ompC and ompF in Escherichia coli. J. Bacterid. 169, 1331-1334

109. Ozoline O.N., Deev A. A., Arkhipova M.V. (1997) Noncanonical sequence elements in the promoter structure. Cluster analysis of promoters recognized by E. coli RNA polymerase. NAR 25,4703-4709

110. Ozoline O., Deev A., Arkhipova M., Chasov V., Travers A. (1999a) Proximal transcribed regions of bacterial promoters have non-random distribution of A/T-tracts. NAR, 27,47684774

111. Ozoline O.N., Deev A. A., Trifonov E.N. (1999b) DNA bendability a novel feature in E. coli promoter recognition. J. Biomol. Struct Dynamics. 16, 825-831

112. Ozoline O.N., Fujita N., Ishihama A. (2000) Transcription activation mediated by the carboxy-terminal domain of RNA polymerase a-subunit. Multipoint monitoring by fluorescent probe. J. Biol. Chem. 275, 1119-1127

113. Ozoline O.N., Fujita N., Ishihama A. (2001) Mode of DNA-protein interaction between the C-terminal domain of Escherichia coli RNA polymerase usubunit and T7D promoter UP element. NAR, 29, 4909-4919

114. Ozoline O.N., Tsyganov M. A. (1995) Structure of open promoter complexes with E. coli RNA polymerase as revealed by DNAse 1 footprinting technique. Compilation analysis. NAR, 23, 4533-4541

115. Parekh, B.S., Hatfield, G.W. (1996) Transcriptional activation by protein-induced DNA bending: evidence for a DNA structural transition model. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 1173-1177

116. Parkhill, J., Brown, N.L. (1990) Site-specific insertion and deletion mutants in the mer promoter operator region of Tn501; the nineteen base-pair spacer is essential for normal induction of the promoter by MerR. NAR, 18, 5157-5162

117. Pedersen A.G. and Engelbrecht J. (1995) Investigation of Escherichia coli Promoter Sequences With Artificial Neural Networks: New Signals Discovered Upstream of the Transcriptional Startpoint. Mol. Biol., 292-299

118. Perez-Martin, J., Espinosa, M. (1994) Correlation between DNA bending and transcriptional activetion at a plasmid promoter. J. Mol. Biol., 241, 7-17

119. Perez-Martin, J., Rojo,F., deLorenzo, V. (1994) Promoter responsive to DNA bending: a common theme in prokaryotic gene expression. Microbiol. Rev., 58, 268-290

120. Plakson, R.R., Wartell, R.M. (1987) Sequence distribution associated with DNA curvature are found upstream of strong Escherichia coli promoters. NAR, 15,785-796

121. Ponnambalam, S., Chan, В., Busby, S. (1988) Functional analysis of different sequence elements in the Escherichia coli galactose operon P2 promoter. Mol. Microbiol., 2, 165-172

122. Ponnambalam, S., Webster, C., Bingham, A., Busby, A. (1986) Transcription initiation at the Escherichia coli galactose operon promoters in the absence of the normal -35 region sequence. J. Biol. Chem., 261, 16043-16048

123. Pribnow, D. (1975) Nucleotide sequence of an RNA polymerase binding site at an early T7 promoter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72, 784-788

124. Prosen, D.E., Cesh, C.L. (1985) Bacteriophage T7 E promoter: identification and measurement of kinetic of association with E. coli RNA polymerase. Biochemistry, 24, 22192227

125. R Harr, M Haggstrom and P Gustafsson. (1983) Search algorithm for pattern match analysis of nucleic acid sequences. NAR, 11, 2943-2957

126. Rees, W.A., Keller, W.R, Vesenka, J.P., Yang, G., Bustamante, C. (1993) Evidence for DNA bending in transcription complexes imaged by scanning force microscopy. Science, 260, 1646-1649

127. Retallack D.M., Friedman D.I. (1995) A role for a small stable RNA in modulating the activity of DNA-binding proteins. Cell 83, 227-235

128. Ricchetti, M., Metzger, W., Heumann, H. (1988) One-dimensional diffusion of Escherichia coli DNA-dependent RNA polymerase: a mechanism to facilitate promoter location. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 4610-4614

129. Roberts, C.W., Roberts, J.W. (1996) Base-specific recognition of the nontemplate strand of promoter DNA by E. coli RNA polymerase. Cell, 86, 495-501

130. Robison K., McGuire A.M., Church G.M. (1998) A comprehensive library of DNA-binding site matrices for 55 proteins applied to the complete Escherichia coli K-12 genome. J Mol. Biol. 284, 241-254

131. Rosenberg, M., Court, D. (1979) Regulatory sequences involved in the promotion and termination of RNA transcription. Ann. Rev. Genet., 13, 319-353

132. Ross W., Aiyar S.E., Salomon J., Gourse RL. (1998) Escherichia coli promoters with UP elements of different strengths: modular structure of bacterial promoters. J. Bacteriol. 180, 5375-5383

133. Ross W., Ernst A., Gourse R.L. (2001) Fine structure of E. coli RNA polymerase-promoter interactions: alpha subunit binding to the UP element minor groove. Genes Dev. 15, 491-506

134. Ross W., Gosink K.K., Salomon J., Igarashi K., Zou C., Ishihama A., Severinov K., Gourse RL. 1993. A third recognition element in bacterial promoters: DNA binding by the alpha subunit ofRNA polymerase.Science. 262, 1407-1413

135. Rozkot F., Sazelova P., Pivec L. (1989) A novel method for promoter search enhanced by function-specific subgrouping of promoters-developed and tested on Escherichia coli system. NAR, 17, 4799-4815

136. Savery N.J., Rhodius V.A., Wing H.J., Busby S.J. (1995) Transcription activation at Escherichia coli promoters dependent on the cyclic AMP receptor protein: effects of binding sequences for the RNA polymerase a subunit. Biochem. J., 309,77-83

137. Scherer G.E.F., Walkinshaw M.D., Arnott S.A. (1978) A computer aided oligonucleotide analysis provides a model sequence for RNA polymerase promoter recognition in Escherichia coli. Nuc. Acids Res., 5, 3759-3773

138. Schickor P., Metzger W., Werel W., Lederer H., Heumann H. (1990) Topography of intermediates in transcription initiation of E. coli. EMBO J., 9, 2215-2220

139. Schmitt В., Reiss C. (1995) Kinetic study in vitro of Escherichia coli promoter closure during transcription initiation. Biochem. J., 306, 123-128

140. Schneider T.D., Stormo G.D., Gold L. 1986 Information content ofbindibg sites on nucleotide sequences. J. Mol. Biol. 188,415

141. Seeburg P.H, Nuesslein C. and Schaller H (1977). Interaction of RNA polymerase with promoters from bacteriophage fd. Eur. J. Biochem. 74,107-113

142. Siegele, D.A., Hu, J.C., Walter, W.A., Gross, C. (1989) Altered promoter recognition by mutant forms of the o70 subunit of Escherichia coli RNA polymerase. J. Mol. Biol., 206, 591-604

143. Singer, P., Wu, C.-W. (1987) Promoter search by Escherichia coli RNA polymerase on a circular DNA template J. Biol. Chem., 262, 14178-14189

144. Singer, P., Wu, C.-W. (1988) Kinetic of promoter search by Escherichia coli RNA polymerase. Effect of monovalent and divalent cations and temperature. J. Biol. Chem., 263, 4208-4214

145. Smith, T.L., Sauer, R.T. (1996) Dual regulation of open-complex formation and promoter clearance by Arc explains a novel repressor to activator switch. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 8868-8872

146. Staden R. (1984) Computer methods to locate signals in nucleic acid sequences. NAR.12, 505-519

147. Stefano, J.E., Gralla, J.D. (1982) Spacer mutations in the lac ps promoter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 1069-1072

148. Stormo G.D., Schneider T.D. and Gold L. (1986) Quantitative analysis of the relationship between nucleotide sequence and functional activity. NAR. 14, 6661-6679

149. Stormo G.D., Schneider T.D., Gold L., Ehrenfeucht A. (1982) Use of "Perceptron" algorithm to distinguish transcription sites in E. coli. NAR, 10,2997-3011

150. Stormo G.D. (1990) Consensus patterns in DNA. Methods Enzimol. 183, 211-222

151. Studnicka, G.M. (1988) Escherichia coli promoter-10 and -35 region homologies correlate with binding and isomerisation kinetics. Biochem. J., 252, 825-831

152. Szarniecki D., Noel R.J., Reznikoff W.S. (1997) The -45 of the Escherichia coli lac promoter: CAP-dependent and CAP-independent transcription. J. Bacterid. 179, 423-429

153. Tanaka, J., Applet, K., Dijkt, J., White, S.W., Wilson, K.S. (1991) Systematic characterization of curved DNA segments randomly cloned from Escherichia coli and their functional significance. Mol. Gener. Genet., 226, 367-376

154. Tjaden В., Saxena R.M., Stolyar S., Haynor D.R., Kolker E. and Rosenow C. (2002) Transcriptome analysis of Escherichia coli using high-density oligonucleotide probe arrays. NAR, 30, 3732-3738

155. Travers, A.A. (1987) Structure and function of£. coli promoter DNA. CRC Crit. Rev.Biochem., 22, 181-219

156. Travers, A.A. (1990) Why bend DNA. Cell, 60, 177-180

157. Tu, A.H., Turnbough, C.L.J. (1997) Regulation of upp expression in Escherichia coli by UTP-sensitive selection of transcriptional start sites coupled with UTP-dependent reiterative transcription. J. Bacteriol., 179, 6665-6673

158. Van Wye, J.D., Branson, E.C., Anderson, J.N. (1991) Species-specific patterns of DNA bending and sequence.NAR, 19, 5253-5261

159. Waldburger, C., Gardella, Т., Wong, В., Susskind, M.M. (1990) Changes in the conserved region 2 of Escherichia coli o70 affecting promoter recognition. J. Mol. Biol. 215, 267-276

160. Warae, deHaseth (1993) Promoter recognition by Escherichia coli RNA polymerase. Effects of single base pair deletions and insertions in the spacer DNA separating the -10 and -35 regions are dependent on spacer DNA sequence. Biochemistry. 32, 6134-6140

161. Xiong, X.F., de la Cruz, N., ReznikofF, W.S. (1991) Downstrem deletion analysis of the lac promoter. J. Bacteriol., 173,4570-4577

162. Xiong, X.F., Reznikoff, W.S. (1993) Transcriptional slippage during the transcription initiation process at a mutant lac promoter in vivo. J. Mol. Biol. 231, 569-580

163. Yada Т., Nakao M.,. Totoki Y and Nakai K. (1999) Modeling and predicting transcriptional units of Escherichia coli genes using hidden Markov models. Bioinformatics, 15, 987-993

164. Young M.A., Beveridge D.L. (1998) Molecular Dynamics stimulations of an oligonucleotide duplex with adenine tracts phased by a full helix turn. J. Mol. Biol. 281, 675687

165. Zinkel, S.S., Crothers, D.M. (1987) DNA bend direction by phase sensitive detection. Nature 328, 178-181

166. Zuber, P., Healy, J., Carter, H.L., Cutting, S., Moran, C.P.Jr., Losick, R. (1989) Mutation changing the specificity of an RNA polymerase sigma factor. J. Mol. Biol. 206, 605-614

167. Кутузова Г.И., Франк Г.К., Макеев В.Ю., Есипова Н.Г., Полозов Р.В. (1997) Фурье-анализ нуклеотидных последовательностей. Периодичности в промоторных последовательностях Е. coli. Биофизика, т. 42, вып.2, с.354-362

168. Никифоров, В.Г. (1987) РНК-полимераза бактерий: сравнительные исследования. Успехи микробиологии,21,105-150

169. Озолинь О.Н., Камзолова С.Г. (1986) Роль р-субъединицы РНК-полимеразы в специфическом узнавании промоторов. Мол. Биол. 20, 471-476

170. Озолинь О.Н., Утешев Т.А., Камзолова С.Г. (1986) РНК-полимераза рифампицин-устойчивого мутанта Escherichia coli имеет измененную специфичность к промоторам ДНК фага Т7. Мол. Биол., 22, 384-392

171. Часов В., Деев А., Масулис И. и Озолинь О. "А/Т-треки в структуре промоторов Е. coli: зарактер распределения и функциональное значение" 2002 Мол. Биол., т.36, С. 682-688

172. Ярчук О.Б., Трояновская И.Н, Матвиенко Н.И. (1986) Репрессия синтеза (3-галактизидазы изопропилтиогалактозидом за счет индукции «антисмысловых РНК» Докл.АН СССР, 290, 1499-1502