Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1059510.32607/20758251-2013-5-1-9-32ReviewsОбзорыResearch ArticlePulsed Electron Double Resonance in Structural Studies of Spin-Labeled Nucleic AcidsИмпульсный двойной электрон-электронный резонанс в структурных исследованиях спин-меченых нуклеиновых кислотFedorovaO. S.ФедороваO. С.
Russian Federation
fedorova@niboch.nsc.ruTsvetkovYu. D.ЦветковЮ. Д.
Russian Federation
fedorova@niboch.nsc.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНInstitute of Chemical Kinetics and Combustion, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН1503201351VOL 5, NO1 (2013)ТОМ 5, №1 (2013)93217012020Copyright ©; 2013, Fedorova O.S., Tsvetkov Y.D.Copyright ©; 2013, Федорова O.С., Цветков Ю.Д.2013Fedorova O.S., Tsvetkov Y.D.Федорова O.С., Цветков Ю.Д.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10595

This review deals with the application of the pulsed electron double resonance (PELDOR) method to studies of spin-labeled DNA and RNA with complicated spatial structures, such as tetramers, aptamers, riboswitches, and three- and four-way junctions. The use of this method for studying DNA damage sites is also described.

Обзор посвящен применению метода двойного электрон-электронного резонанса (PELDOR) для изучения структур спин-меченых ДНК и РНК, в том числе имеющих сложное пространственное строение: тетрамеров, аптамеров, рибопереключателей, трех- и четырехспиральных сочленений. Описаны результаты использования метода для изучения влияния поврежденных нуклеотидов на структуру ДНК.

pulsed electron double resonance (PELDOR)spin-labelsDNARNAoligonucleotidesдвойной электрон-электронный резонанс (PELDOR)спиновые меткиДНКРНКолигонуклеотидыThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grants No. 13-04-00013a, 11-03-0011a, and 11-04-01377a), NSh-64-04-2012, Department of Chemistry and Material Sciences of the Russian Academy of Sciences (project 5.6.3, grant 5.6), Federal Target-Oriented Program “Scientific and Scientific-Pedagogical Personnel” (No. 8092, 8473).Работа поддержана РФФИ (гранты № 10-04-00070а, 11-03-0011а и 11-04-01377а), НШ-64.2012.04, Отделением химии и наук о материалах РАН (проект 5.6.3, грант 5.6), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры» (государственные контракты № 8092, 8473).1. Milov A. D., Salikhov K. M., Shirov M.D. //Fiz. Tverd. Tela. 1981. V. 23. P. 975-982.2. Schiemann O., Prisner T.F. // Quart. Rev. Biophys. 2007. V. 40. P. 1-53.3. Jeschke G., Polyhach Ye. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9. P. 1895-1910.4. Tsvetkov Y. D., Milov A. D., Maryasov A. G. // Russ. Chem. Rev. 2008. V. 77. P. 487-520.5. Sowa Z., Qin P.Z. // Prog. Nucl. Acid Res. Mol. Biol. 2008. V. 82. P. 147-197.6. Schiemann O. // Meth. Enzymol. 2009. V. 469. Сh. 16. P. 329-351.7. Reginsson G.W., Schiemann O. // Biochem. Soc. Trans. 2011. V. 39. P. 128-139.8. Reginsson G.W., Schiemann O. // Biochem. J. 2011. V. 434. P. 353-363.9. Milov A.D., Maryasov A.G., Tsvetkov Yu.D. // Appl. Magn. Reson. 1998. V. 15. P. 107-143.10. Tsvetkov Y. D., Grishin Y.A. // Instruments and Experimental Techniques. 2009. V. 52. P. 615-636.11. Maryasov A.G., Tsvetkov Yu.D. // Appl. Magn. Reson. 2000. V. 18. P. 583-605.12. Ponomarev A.B., Milov A.D., Tsvetkov Yu.D. // J. Struct. Chem. (Russ.). 1984. V. 25. P. 51-54.13. Milov A.D., Ponomarev A.V., Tsvetkov Yu.D. // Chem. Phys. Lett. 1984. V. 110. P. 67-72.14. Milov A.D., Samoilova R.I., Tsvetkov Yu.D., Jost M., Peggion C., Formaggio F., Toniolo C., Handgraaf J.-W., Raap J. // Chem. Biodiv. 2007. V. 4. С. 1275-1298.15. Tikhonov A.N., Arsenin V.Y. Solutions of ill-poset problems. N.Y.: Wiley, 1977.16. Bowman K., Maryasov A.G., Kim N., DeRose V.J. // Appl. Magn. Reson. 2004. V. 26. С. 23-39.17. Jeschke G., Koch A., Jonas U., Godt A. // J. Magn. Reson. 2002. V. 155. P. 72-82.18. Jeschke G., Panek G., Godt A., Bender A., Paulsen H. // Appl. Magn. Reson. 2004. V. 26. P. 223-244.19. Chiang Y.-W., Borbat P.P., Freed J.H. // J. Magn. Reson.2005. V. 172. P. 279-295.20. Jeschke G., Sajid M., Schulte M., Godt A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. P. 6580-6592.21. Jeschke G., Chechik V., Ionita P., Godt A., Zimmermann H., Bbanham J., Timmel C.R., Hilger D., Jung H. // Appl. Magn. Reson. 2006. V. 30. P. 473-498.22. Milov A.D., Samoilova R.I., Tsvetkov Yu. D., Gusev V.A., Formaggio F., Grisma M., Toniolo C., Raap J. // Appl. Magn. Reson. 2002. V. 23. P. 81-95.23. Milov A.D., Tsvetkov Yu.D., Formaggio F., Oancea S., Toniolo C., Raap J. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. P. 13719- 13727.24. Tsvetkov Yu.D. /Biological Magnetic Resonance. V. 21. (EPR: Instrumental Methods) // Eds C.J. Bender, L.J. Berliner. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2004. V. 21. P. 385.25. Savitsky A., Dubinskii A.A., Flores M., Lubitz W., Möbius K. // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. P. 6245-6262.26. Marko A., Margraf D., Yu H., Mu Y., Stock G., Prisner T. // J. Chem. Phys. 2009. V. 130. 064102.27. Marko A., Margraf D., Cekan P.,.Sigurdsson S.T, Schiemann O., Prisner T.F. // Phys. Rev. E. 2010. V. 81. 021911.28. Biological Magnetic Resonance. Spin Labeling: The Next Millenium / Ed. L. Berliner. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1998. V. 14.29. Biological Magnetic Resonance. Distance Measurements in Biological Systems by ESR / Eds L. Berliner, S. Eaton, G. Eaton. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000. V. 19.30. Biological Magnetic Resonance. EPR: Instrumental Methods / Eds C.Bender, L. Berliner. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2004. V. 21.31. Schiemann O., Piton N., Plackmeyer J., Bode B.E., Prisner T.F., Engels J.W. // Nat. Protocols. 2007. V. 2. С. 904-923.32. Krstic´ I., Endeward B., Margraf D., Marko A., Prisner T.F. // Top. Curr. Chem. 2012. V. 321. P. 159-198.33. Shelke S.A., Sigurdsson S.T. // Eur. J. Org. Chem. 2012. V. P. 2291-2301.34. Spaltenstein A., Robinson B., Hopkins P.B. // J. Am. Chem. Soc. 1988. V. 110. P. 1299-1301.35. Rossi R., Carpita A., Bellina F. // Org. Prep. Proc. Int. 1995. V. 27. P. 127-160.36. Chinchilla R., Nájera C. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 874-922.37. Gannett P.M., Darian E., Powell J.H., Johnson E.M. //Synthetic Communications. 2001. V. 31. P. 2137-2141.38. Gannett P.M., Darian E., Powell J., Johnson E.M. II, Mundoma C., Greenbaum N.L., Ramsey C.M., Dalal N.S., Budil D.E. // Nucleic Acids Res. 2002. V. 30. P. 5328-5337.39. Frolow O., Bode B.E., Engels J.W. // Nucleosides Nucleotides Nucl. Acids. 2007. V. 26. P. 655-659.40. Piton N., Schiemann O., Mu Y., Stock G., Prisner T.F., Engels J.W. // Nucleosides Nucleotides Nucl. Acids. 2005. V. 24. P. 771-775.41. Piton N., Mu Y., Stock G., Prisner T.F., Schiemann O., Engels J.W. // Nucleic Acids Res. 2007. V. 35. P. 3128-3143.42. Kolb H.C., Finn M.G., Sharpless K.B. // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. V. 40. P. 2004-2021.43. Ding P., Wunnicke D., Steinhoff H.-J., Seela F. // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. P. 14385-14396.44. Jakobsen U., Shelke S.A., Vogel S., Sigurdsson S.T. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 10424-10428.45. Schiemann O., Weber A., Edwards T.E., Prisner T.F., Sigurdsson S.T. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 3434-3435.46. Schiemann O., Piton N., Mu Y., Stock G., Engels J.W., Prisner T.F. // J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. P. 5722-5729.47. Cai Q., Kusnetzow A.K., Hubbell W.L., Haworth I.S., Gacho G.C., Eps N.V., Hideg K., Chambers E.J., Qin P.Z. // Nucl. Acids Res. 2006. V. 34. P. 4722-4730.48. Cai Q., Kusnetzow A.K., Hideg K., Price E.A., Haworth I.S., Qin P.Z. // Biophys. J. 2007. V. 93. P. 2110-2117.49. Sicoli G., Mathis G., Delalande O., Boulard Y., Gasparutto D., Gambarelli S. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 735-737.50. Yu H., Mu Y., Nordenskiöld L., Stock G. // J. Chem. Theory Comput. 2008. V. 4. P. 1781-1787.51. Romainczyk O., Endeward B., Prisner T.F., Engels J.W. // Mol. BioSystems. 2011. V. 7. P. 1050-1052.52. Ward R., Keeble D.J., El-Mkami H., Norman D.G. // ChemBioChem. 2007. V. 8. P. 1957-1964.53. Wunnicke D., Ding P., Seela F., Steinhoff H.-J. // J. Phys. Chem. B. 2012. V. 116. P. 4118-123.54. Flaender M., Sicoli G., Aci-Seche S., Reignier T., Maurel V., Saint-Pierre C., Boulard Y., Gambarelli S., Gasparutto D. // ChemBioChem. 2011. V. 12. P. 2560-2563.55. Takeuchi M., Lillis R., Demple B., Takeshita M. // J. Biol. Chem. 1994. V. 269. P. 21907-21914.56. Schiemann O., Cekan P., Margraf D., Prisner T.F., Sigurdsson S.Th. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. P. 3292-3595.57. Barhate N., Cekan P., Massey A.P., Sigurdsson S.Th. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2007. V. 119. P. 2655-2658.58. Hagerman P.J. // Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1988. V. 17. P. 265-286.59. Gore J., Bryant Z., Nöllmann M., Le M.U., Cozzarelli N.R., Bustamante C. // Nature. 2006. V. 442. P. 836-839.60. Marko J.F. // Europhys. Lett. 1997. V. 38. P. 183-188.61. Mathew-Fenn R.S., Das R., Harbury P.A. // Science. 2008. V. 322. P. 446-449.62. Marko A., Denysenkov V., Margraf D., Cekan P., Schiemann O., Sigurdsson S.Th., Prisner T.F. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 13375-13379.63. Raitsimring A.M., Gunanathan C., Potapov A., Efemenko I., Martin J.M.L., Milstein D., Goldfarb D. // J. Am. Chem. Soc. 2007. V. 129. P. 14138-14139.64. Potapov A., Song Y., Meade T.J., Goldfarb D., Astashkin A.V., Raitsimring A. // J. Magn. Res. 2010. V. 205. P. 38-49.65. Song Y., Meade T.J., Astashkin A.V., Klein E.L., Enemark J.H., Raitsimring A. // J. Magn. Res. 2011. V. 210. P. 59-68.66. Yang Z., Kise D., Saxena S. // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114. P. 6165-6174.67. Sicoli G., Wachowius F., Bennati M., Höbartner C. // Angew. Chem. Int. Ed. 2010. V. 49. P. 6443-6447.68. Krstić I., Frolow O., Sezer D., Endeward B., Weigand J.E., Suess B., Engels J.W., Prisner T.F. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 1454-1455.69. Wunnicke D., Strohbach D., Weigand J.E., Appel B., Feresin E., Suess B., Müller S., Steinhoff H.-J. // RN A. 2011. V. 17. P. 182-188.70. Krstić I., Hänsel R., Romainczyk O., Engels J.W., Dötsch V., Prisner T.F. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 5070-5074.71. Azarkh M., Okle O., Singh V., Seemann I.T., Hartig J.S., Dietrich D.R., Drescher M. // ChemBioChem. 2011. V. 12. P. 1992-1995.72. Kim N.-K., Bowman M.K., DeRose V.J. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 8882-8884.73. Zhang X., Tung C.-S., Sowa G.Z., Hatmal M.M., Haworth I.S., Qin P.Z. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. P. 2644-2652.74. Singh V., Azarkh M., Exner T.E., Hartig J.S., Drescher M. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. P. 9728-9730.75. Wright W.E., Tesmer V.M., Huffman K.E., Levene S.D., Shay J.W. // Genes Dev. 1997. V. 11. P. 2801-2809.76. Freeman A.D.J., Ward R., Mkami H.E., Lilley D.M.J., Norman D.G. // Biochemistry. 2011. V. 50. P. 9963-9972.77. Sicoli G., Mathis G., Aci-Seche S., Saint-Pierre C., Boulard Y., Gasparutto D., Gambarelli S. // Nucl. Acids Res. 2009. V. 37. 3165-3176.78. Kuznetsov N.A., Milov A.D., Koval V.V., Samoilova R.I., Grishin Yu.A., Knorre D.G., Tsvetkov Yu.D., Fedorova O.S., Dzuba S.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. P. 6826-6832.79. Kuznetsov N.A., Milov A.D., Isaev N.P., Vorobjev Yu.N., Koval V.V., Dzuba S.A., Fedorova O.S., Tsvetkov Yu.D. // Mol. BioSystems. 2011. V. 7. P. 2670-2680.80. Banerjee A., Santos W.L., Verdine G.L. // Science. 2006. V. 311. P. 1153-1157.81. Qi Y., Spong M.C., Nam K., Karplus M., Verdine G.L. // J.Biol. Chem. 2010. V. 285. P. 1468-1478.82. Gilboa R., Zharkov D.O., Golan G., Fernandes A.S., Gerchman S.E., Matz E., Kycia J.H., Grollman A.P., Shoham G. // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 19811-19816.83. Lacowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 2nd Ed. New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1999.84. Förster T. // Ann. Physik. 1948. V. 437. P. 55-74.85. Grohmann D., Klose D., Klare J.P., Kay C.W.M., Steinhoff H.-J., Werner F. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 5954-595586. Sarver J. L., Townsend J. E., Rajapakse G., Jen-Jacobson L., Saxena S. // J. Phys. Chem. B. 2012. V. 116. P. 4024-4033.87. Ward R., Bowman A., El-Mkami H., Owen-Hughes T., Norman D.G. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 1348-1349.