7/26/2019 Predicting Espectro Ultravioleta Prediccin de Solo Trenzado y Trenzada Doble cidos Desoxirribonucleico

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Predicting Espectro ultravioleta prediccin de solo trenzado y trenzada doble cidosdesoxirribonucleicoAndrey V. Tataurov, Yong le, Richard Owczarzy Tecnologas del ADN integrado,

ResumenOligodeoynucleotides sint!ticos son a"#lia"ente utilizados en "uchas a#licaciones $iol%gicas,$io&u"icas y $io'sicas. (a concentraci%n, la co"#osici%n y la estructura del ADN de#enden a "enudode su es#ectro ultravioleta. Aun&ue los #ar)"etros #ara el uso con el "odelo de vecino ")s cercano#ara la #redicci%n de los coe*cientes de etinci%n del +nico trenzado DNAs a - n" 'ueron#u$licadas tie"#o atr)s, si"ilares #ar)"etros #ara otras longitudes de onda o con d+#le de ADN nose han divulgado. /%r"ulas #r)cticas y #ar)"etros #ara la #redicci%n de es#ectros 0ltravioleta,longitudes de onda hy#ochro"is" y #ico 'ueron deter"inados e#eri"ental"ente #ara a"$os solooligodeoynucleotides trenzado trenzado y do$le en la ga"a de 12 a 31 n". (a eactitud de las#redicciones constituidas el "odelo de vecino ")s cercano y el "odelo de co"#osici%n de $ase 'uedeter"inada y co"#arada. 4l es#ectro de cual&uier olig%"ero de ADN #uede ser calculado utilizandouna a#licaci%n de 5icroso't 4cel6 &ue est) dis#oni$le en el a#!ndice A.Pala$ras clave7 8oe*ciente de etinci%n9 Oligodeoynucleotides9 :y#ochro"is"9 5odelo de vecino")s cercano9 DNA9 4s#ectro ultravioleta.

1. Introduccin8erca de es#ectros 0(TRAV;O(4TA de ADN y ARN son a "enudo recogidas #ara deter"inar lasconcentraciones, co"#osici%n de $ase y estructura secundaria de los )cidos nucleicos. Par)"etros y

"odelos #u$licados #er"iten c)lculos del coe*ciente de etinci%n del oligonucle%tido, dsDNA@ es "enor &ue la su"a de los coe*cientesde etinci%n #ara las co"#osici%n DNAs trenzados solo dos >ssDNA@. 4ste e'ecto hi#ocr%"ica denucle%tidos se atri$uye a las interacciones di#olo di#olo inducido entre "o"entos de transici%n en$ases vecinas a#iladas. Par)"etros e"#ricos #ara #redicciones #recisas de oligonucle%tidoshy#ochro"is" no han sido #u$licados aun&ue este valor es 'unda"ental #ara la deter"inaci%n de laconcentraci%n de olig%"eros de DNA trenzados do$le.4n este tra$a=o se analizaron los es#ectros 0V de un gran n+"ero > @ de ADN sint!tico.Divulga"os a "!todos y #ar)"etros e"#ricos #ara la #redicci%n de7 >1@ hy#ochro"is" du#le a -n". >@ la longitud de onda de ")i"a a$sor$ancia9 y coe*cientes de etinci%n >3@ #ara cual&uier solotrenzado o do$le ha$an trenzado de olig%"eros de DNA en la regi%n 0V cercana con una resoluci%n

de 1 n".

2. experimentales y tericos de los mtodos2.1. modelo de composicin base.Be han #ro#uesto varios "odelos &ue se relacionan con una#ro#iedad 'sica intensiva, P , de un oligonucle%tido a su estructura y $ase de la secuencia. 4l "odelode co"#osici%n de $ase >"odelo zerothneigh$or@ to"a en cuenta el n+"ero y la 'recuencia deocurrencias de $ases, #ero descuida las interacciones entre $ases de vecino o #ares de $ases, >4C. 1@

4sta su"a se calcula so$re todas las clases de $ases #resentes en solos *la"entos o so$re todos losti#os de #ares de $ases en trenzado do$le los )cidos nucleicos. Pro#iedades de cada #ar de $ase o$ase P, de#enden del a=uste a datos e#eri"entales. (as 'racciones de las $ases, ', calculados a #artirde la secuencia del oligonucle%tido, >48. @.

N "e es el n+"ero de "e ti#o de $ase en la secuencia del oligonucle%tido. Bi la #ro#iedad 'sica P esetensa >#or e=e"#lo, hi$ridaci%n de energa li$re, coe*ciente de etinci%n@ las 'recuencias ' sesustituye #or el n+"ero de $ases en la ecuaci%n >1@.

2.2. modelo ms cercano vecino4l vecino ")s cercano >vecino de #ri"era@ "odelo a"#la el "odelo de co"#osici%n de $ase y to"aen cuenta las interacciones entre $ases adyacentes o #ares de $ases. Bin e"$argo, se descuidan lasinteracciones so$re una ga"a ")s larga >#or e=e"#lo, entre el siguiente ")s cercano vecino de$ases@. (a #ro#iedad 'sica intensiva Pse o$tiene #or

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Resu"en de #ro#iedades de todos los ti#os de su$unidades del vecino ")s cercano >do$letes@#resentes en los )cidos nucleicos >#. e=., AA, A8, A@, >e&3@

8uando ADN se co"#one de cuatro $ases nativas, hay y 1 +nica P i= #ar)"etros #ara solo trenzany ha$a trenzada do$le olig%"eros, res#ectiva"ente. (os #ar)"etros ")s cercano vecino incluyeninteracciones de iniciaci%n >*nal@, &ue se denota una $ase *cticia EE4F #ara el *nal de unoligonucle%tido G1H.:a$a e"#leado los "odelos de co"#osici%n ")s cercano vecino y $ase y evaluaron su ha$ilidad #ara#redecir con #recisi%n varias caractersticas de los es#ectros 0ltravioleta #ara solo

oligodeoynucleotides trenzado trenzado y do$le. 4l "odelo de co"#osici%n de $ase 'ue #re'erido #orel "enor n+"ero de #ar)"etros. Bin e"$argo, si estos #ar)"etros no o'reci% #redicciones #recisas, sein'or"an los #ar)"etros del cercano?vecino.

2.3. determinacin de los parmetros0na vez &ue la #ro#iedad P se "ide #or una serie de oligonucle%tidos, 4&s. >1@ y >3@ se construyen#ara cada secuencia. Para dis"inuir el i"#acto de errores e#eri"entales en #ar)"etros haygeneral"ente ")s secuencias de #ar)"etros desconocidos, es decir, el siste"a resultante deecuaciones lineales es overdeter"ined,I>e&J@

P;K?? i= es el vector colu"na de #ar)"etros y Y P e# es el vector colu"na de las #ro#iedadese#eri"ental"ente "edidos, uno #ara cada secuencia. (a "atriz de diseLo /tiene una *la #ara cada

oligonucle%tido y una colu"na #ara cada #ar)"etro >unidad $ase o vecino ")s cercano@. (a ecuaci%nso$redeter"inado >J@ se resolvi% utilizando el singularvalor "!todo de desco"#osici%n >BVD@, #or lo &ue se "ini"izan los cuadrados de los residuos G13H .Be o$tuvieron #ar)"etros ca$idos "enos cuadrado. 4n nuestro an)lisis, las "atrices de diseLo notenan ning+n valor singular &ue indica &ue todos los #ar)"etros Pi= eran +nicos y ning+n #ar)"etro#uede o$tenerse de una co"$inaci%n lineal de los restantes #ar)"etros G13H. 4l BVD 'uei"#le"entado usando 4cel Add?in, 5atri.la #a&uete, versi%n .3 >zorros4&ui#o, (eonardo Vol#i, htt#7MMdigilander.li$ero.itM/oes@.(a eactitud de las #redicciones se co"#araron estadstica"ente "ediante reducci%n r y ladesviaci%n cuadr)tica "edia >r"sd@ entre #revisto y los valores "edidos e#eri"ental"ente G1JH.

2.4. experimentales mtodosTodos los es#ectros se registraron en 2 8 en cu$etas de cuarzo de la longitud de 1..1 c"

usando una sola viga, es#ectro'ot%"etro :ewlett?PacQard :PJ23 de arreglo de diodos. 8ali$raci%n dela a$sor$ancia y longitud de onda se veri*c% #eri%dica"ente con soluciones de re'erencia dedicro"ato y hol"io %ido >celdas Btarna, Atascadereo, 8A@. Te"#eratura 'ue controlada #or un#ortacu$etas Peltier. Datos de a$sor$ancia a intervalos de 1 n" se #rocesaron utilizando 0VS8he"Btation Visi$le y 4cel 3. 4ste tra$a=o e"#lea los siste"as de olig%"eros de ADN de unestudio #revio &ue e#loraron los e'ectos de cationes de sodio en T " G12H. 4l con=unto de datose#eri"ental deoligodeoynucleotides trenzado solo consisti% en secuencias &ue varan en longitud desde - a 3$ases y el contenido de 8 de a . (os es#ectros de estos *la"entos individuales se "idieron enun ta"#%n salino $a=o >'os'ato de sodio ,1 "5, ,2 "5 Na8l, .1 "5 Na 4DTA, #: U .@ "ientras&ue las concentraciones de *la"ento vari% de .2 a 11 W5.4l con=unto de datos de olig%"eros d+#leas ADN contena - secuencias +nicas &ue varan enlongitud desde 1 hasta - #ares de $ases y el contenido de 8 de a . (os es#ectros 0V ded+#le se recolectaron en un ta"#%n salino alto >1 "5 Na8l, 1 "5 'os'ato s%dico, 1 "5 Na4DTA, #: U ., total GNaXH U 11 "5@ donde todos d+#le 'ueron esta$les. (a h!liceSlas transicionesde la $o$ina y esta$ilidades de todos d+#le #revia"ente se deter"inan usando 0Ve#eri"entos de 'usi%n G12H.

3. resultados y discusin3.1. ypoc!romism de "#$cuando dos solo oligodeoynucleotides trenzados, B1 y B, hi$ridan y'or"an un d+#le de ADN, D, dis"inuye la a$sor$ancia GH. 4l coe'iciente de etinci%n de d+#le, ZD,se #uede esti"ar a #artir de los coe*cientes de etinci%n de a"$os *la"entos, ZB1,ZByhy#ochro"icity, h>ec2@

4l valor de 1 [ h es la 'racci%n de la a$sor$ancia &ue #er"anece cuando los solos *la"entos recuecen#ara 'or"ar el du#le, >ec-@

http://www.microsofttranslator.com/bv.aspx?from=en&to=es&a=http%3A%2F%2Fdigilander.libero.it%2Ffoxeshttp://www.microsofttranslator.com/bv.aspx?from=en&to=es&a=http%3A%2F%2Fdigilander.libero.it%2Ffoxes

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donde A D es la a$sor$ancia de la soluci%n de dos caras. A B1 , A B son valores de a$sor$ancia de lahe$ra soluciones B1 y B, res#ectiva"ente. Vol+"enes VB1 y VB B1 y B del *la"ento soluciones

se "ezclaron #ara hacer la "uestra dos caras. Be "idi% la a$sor$encia de - d+#le y co"#osici%nsoluciones de he$ra a - n", #: neutro y a te"#eratura constante de 2 8.:y#ochro"icity se calcul% de la ecuaci%n >-@. Desde hy#ochro"is" se origina de la interacci%n entre$ases de vecino, no es sor#rendente &ue hy#ochro"is" es de#endiente de la secuencia. 1 /ig."uestra &ue hy#ochro"is" dis"inuye con el au"ento de contenido de 8. 0na de#endencia si"ilar'ue divulgada anterior G1-H, sin e"$argo, su hy#ochro"is" se calcul% de la di'erencia entre los valoresde a$sor$ancia en $a=as y altas te"#eraturas GH. Deter"inar hy#ochro"is" a una te"#eratura

constante. (os valores de ha - n"se a=ustaron al "odelo de co"#osici%n de $ase, &ue es #ro#orcional a la 'racci%n de 8 y en #ares de$ases, >ec@ hy#ochro"icity

4l hy#ochro"icity d A [ d T #ares es si"ilar a S J hy#ochro"icity valores o$servados #ararA n r0 n d+#le >nU J[@ G1H. Puesto &ue errores e#eri"entales de hy#ochro"icity son de ., el"odelo ")s cercano vecino no signi*cativa"ente "e=or% la eactitud de las #redicciones dehy#ochro"icity. 4l r"sd de ,1J#ara el "odelo n?n es co"#ara$le con el r"sd de , o$tenida de la ecuaci%n >@. 4ste resultado esconsistente con las "ediciones de "uestras de ADN gen%"icas donde hy#ochro"icity ha sidoa#roi"ada razona$le"ente $ien #or una 'unci%n lineal del contenido de 8 GH.

3.2. prediccin de la lon%itud de onda mxima(a longitud de onda ")i"a de olig%"eros trenzados individuales de ADN, \ #ico, donde laa$sor$ancia alcanza ")i"o local es de#endiente de la secuencia. 4l "odelo de vecino ")s cercanoG1H y el "odelo de co"#osici%n de $ase #redi=eron la longitud de onda de #ico con eactitud si"ilar.(a longitud de onda ")i"a, #or tanto, #uede ser co"#utado usando el "odelo de co"#osici%n de$ase >ec@

donde ' A , ' 8 , ' y ' T es el contenido 'raccional de adenina, citosina, guanina y ti"ina $ases,res#ectiva"ente. 4cuaci%n >@ y los cuatro #ar)"etros se "uestra en la la ta$la 1 se a#lican acual&uier nativo solo

ha$a trenzado de secuencia de ADN. 4l valor de r"sd de , n" se o$serv% #ara el con=unto de secuencias, &ue es si"ilar a la resoluci%n del es#ectro'ot%"etro >1 n"@. (as longitudes de onda #ico

en ta$la 1 son de a - n" "enor &ue los valores o$servados #ara la 0ni%n de Deoinucle%tidos G1H.0n hy#sochro"ic si"ilarca"$io in'or"% de di'os'ato de trinucleoside AAA G1H.

3.3. prediccin del espectro ultravioletaha sido $ien esta$lecida &ue coe*cientes de a$sorci%n yetinci%n, Z, de olig%"eros de ADN vara con longitud de onda G1H. 4stas #ro#iedades se #redicen con#recisi%n deel "odelo ")s cercano vecino. N?n ] #ar)"etros han sido #revia"ente #u$licados #or solo trenzadode oligonucle%tidos en - n" G1,3H. 0tilizando estos #ar)"etros, el coe*ciente de etinci%ntradicional"ente se calcula de la siguiente '%r"ula G1S3H, >ec@.

4l ] i, i X 1 son los coe*cientes de etinci%n #ara do$letes de nucle%tidos, el Z es el coe*ciente deetinci%n #ara el nucle%tido , y N$ es el n+"ero de nucle%tidos en la secuencia del olig%"ero. 4lsegundo t!r"ino de la ecuaci%n >@ resta los coe*cientes de etinci%n de las $ases internas, &ue secuentan dos veces en el #ri"er tri"estre. (os #ar)"etros a#arecen en las dos #ri"eras colu"nas deta$la . 4l 'or"ato de la ecuaci%n >@ di*ere el 'or"ato ha$itual del "odelo del cercano?vecino,ecuaci%n >3@ G11H>ec1@

(a iniciaci%n >*nal@ interacciones >4A, A4, 4, etc.@ #resente en cada ter"inal de oligonucle%tidos seincluyen en la ecuaci%n >1@. (os #ar)"etros de la ecuaci%n >@ se #ueden convertir a los #ar)"etrosde la ecuaci%n ")s si"#le >1@. (os #ar)"etros convertidos se enu"eran en las dos +lti"as colu"nasde ta$la . 4CB. >@ y >1@ son "ate")tica"ente e&uivalentes y el "is"o coe*ciente de etinci%n#ara cual&uier secuencia oligodeoynucleotide. Bin e"$argo, ecuaci%n >1@ "e=orde"uestra &ue el n+"ero total de unidades de vecino ")s cercano >do$letes@ N $ X 1 #ara unoligonucle%tido &ue es N $ $ases, >ec11@

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4l coe*ciente de etinci%n, ] \ , en cual&uier longitud de onda \ #uede ser calculado de Z- y elcociente de la a$sor$ancia a longitud de onda ^ a la a$sor$ancia a - n", >ec1@ >ec13@

4ste "!todo #er"ite la ')cil actualizaci%n de ] \ sie"#re &ue los valores ")s #recisos #ar)"etros#ara Z- se introducen en la literatura G3H. Be han "edido e#eri"ental"ente las relaciones R^ -de he$ra si"#le y do$le trenzado de olig%"eros de ADN. 4l "odelo ")s cercano vecino 'ueencontrado #ara #ro#orcionar un a=uste su$stancial"ente "e=or de estas relaciones >r"sd de R^ -U . #ara dsDNA@ &ue el "odelo de co"#osici%n de $ase >r"sd de R^ -U .11@ #ara a"$os

ssDNAs y dsDNAs. (a relaci%n entre R \ - es una varia$le 'sica intensiva y #or lo tanto de#ende dela 'racci%n de es#ec*cos ")s cercano vecino do$letes, >ec1J@

donde la 'racci%n de un do$lete ")s cercano vecino #articular es de*nido as,>ec12@

4l R i= n?n es secuencia de #ar)"etros de#endientes del vecino ")s cercano de Do$letes denucle%tidos, #or e=e"#lo AA, T, 4A. veinte y doce #ar)"etros +nicos se deter"inaron #ara ssDNA ydsDNA, res#ectiva"ente, a cada longitud de onda. 4stos Ri= n n valores son registrados en el a#!ndiceA. Algunas $ases >#. e=., dA@ no a$sor$en #or enci"a de 2 n". 4n estas condiciones su R i= n n#ar)"etros y 48. >1J@ #ueden #redecir negativo #e&ueLo R^ - valores de$ido a errorese#eri"entales. Desde negativo R^ - no se hayan o$servado e#eri"ental"ente, estos valoresnegativos de$en esta$lecerse a cero. /ig.de"uestra la eactitud de la #redicci%n #ara dosoligodeoynucleotides de "uyco"#osici%n de $ase di'erente. Be ve ecelente acuerdo entre es#ectros e#eri"ental"ente "edidosy #redichos. 8uando R \ - valores se #redi=eron #ara nuestro con=unto de datos utilizando los#ar)"etros de n?n, desviaciones de la "edia cuadr)tica general de .13 y . 'ueron o$servadassolo trenzado y trenzada do$le DNAs, res#ectiva"ente.

&abla 2.Dos con=untos e&uivalentes de los #ar)"etros #ara el coe*ciente de etinci%n deoligodeoynucleotides a - n".

'i%ura 2.8o"#araci%n de es#ectros "edidos e#eri"ental"ente >s"$olos@ de olig%"eros de ADNtrenzados solo dos y #redichas >lneas continuas@. 4l contenido de 8 #ares de secuencias es >crculo a$ierto@ y >tri)ngulo a$ierto@.

3.4. Resumen so(t)are(a ho=a de c)lculo 4cel #ro#orcionada en el A#!ndice A #uede utilizarse #ara calcular el es#ectro de0V de cual&uier oligodeoynucleotide.

Visual _asic #ara "acros de a#licaciones de$e estar ha$ilitado #ara #oder usar estas 'unciones>seguridad a nivel "edio en el su$"en+ de 4cel Tools`5acro`Becurity y reinicie el #rogra"a de 4cel@.(as secuencias de$en introducirse en la colu"na _. (a #arte su#erior de la ho=a calcula la longitud de

onda de ")i"a y los coe*cientes de etinci%n a - n". (a #arte in'erior de la ho=a #redice todo eles#ectro de 0V #ara una sola secuencia entrado en la celda _.:o=as F BBData F y F Du#leData F contienen ta$las de #ar)"etros del cercano?vecino #ara solotrenzado y do$le trenzado de olig%"eros de ADN, res#ectiva"ente. /unciones #ersonalizadasdis#oni$les se descri$en en la ho=a de EEayudar aEE.J. conclusi%n4ste "!todos actuales de #a#el, deter"inados e#eri"ental"ente los #ar)"etros y so'tware de ')ciluso &ue calcula el es#ectro ultravioleta de los )cidos desoirri$onucleico. 4s#ectros de a"$osolig%"eros de ADN de trenzado trenzados y do$le solo 'ueron de"ostrados #ara ser #redi=o coneactitud.

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Ane=o co"#le"entario de A. datos Pueden encontrarse datos co"#le"entarios relacionados con esteartculo,en la versi%n en lnea, en doi71.11-M=._P8..1.J.

Re(erencias