An Experimental Verification of the Predicted Effects of Promoter TATA-Box Polymorphisms Associated with Human Diseases on Interactions between the TATA Boxes and TATA-Binding Protein

Abstract

Human genome sequencing has resulted in a great body of data, including a stunningly large number of single nucleotide polymorphisms (SNPs) with unknown phenotypic manifestations. Identification and comprehensive analysis of regulatory SNPs in human gene promoters will help quantify the effects of these SNPs on human health. Based on our experimental and computer-aided study of SNPs in TATA boxes and the use of literature data, we have derived an equation for TBP/TATA equilibrium binding in three successive steps: TATA-binding protein (TBP) sliding along DNA due to their nonspecific affinity for each other ↔ recognition of the TATA box ↔ stabilization of the TBP/TATA complex. Using this equation, we have analyzed TATA boxes containing SNPs associated with human diseases and made in silico predictions of changes in TBP/TATA affinity. An electrophoretic mobility shift assay (EMSA)-based experimental study performed under the most standardized conditions demonstrates that the experimentally measured values are highly correlated with the predicted values: the coefficient of linear correlation, r, was 0.822 at a significance level of α<10−7 for equilibrium K D values, (-ln K D), and 0.785 at a significance level of α<10−3 for changes in equilibrium K D (δ) due to SNPs in the TATA boxes (). It has been demonstrated that the SNPs associated with increased risk of human diseases such as α-, β- and δ-thalassemia, myocardial infarction and thrombophlebitis, changes in immune response, amyotrophic lateral sclerosis, lung cancer and hemophilia B Leyden cause 2–4-fold changes in TBP/TATA affinity in most cases. The results obtained strongly suggest that the TBP/TATA equilibrium binding equation derived can be used for analysis of TATA-box sequences and identification of SNPs with a potential of being functionally important.

Candidate SNP markers of social dominance, which may affect the affinity of the TATAbinding protein for human gene promoters

“…147 (Sherry et al, 2001) 5 Designations: wt and mut are the ancestral (reference human genome, release GRCh38(NCBI)/hg38(UCSC)) )) and minor (Parenthesized are neutral substitu tions.) alleles, respectively; # the DNA strand of the gene promoter; $ rs777103921, the 11bp caaagtgtatt deletion; K D , dissociation constant of the TBP/DNA complex in vitro (Savinkova et al, 2013); Δ, expression rate change: ↑, increase; ↓, decrease; Z -Zscore; α, significance (α = 1 -p, where p is the probability in the figure). Genes: ADORA2A, A2a adenosine receptor; BDNF, brainderived neurotrophic factor; CC2D1A and CC2D1B, Freud1 and Freud2, respectively; ESR2, es trogen receptor β; GH1, somatotropin (growth hormone 1); GLTSCR2, Glioma tumor suppressor candidate region gene 2; GRIN1, glutamate ionotropic receptor subunit 1; HTR1B, HTR2A, and HTR2С, serotonin receptors 1B, 2A, and 2C, respectively; LGI4, leucinerich gliomainactivated gene 4; LEP, gene for leptin (satiety hormone); SNCA, αsynuclein; TH, tyrosine hydroxylase.…”

“…таблицу). Более детальное описание метода можно найти в статье , его верификации -в на-ших экспериментах in vivo на куль-турах клеточных линий человека с использованием вектора pGL4.23 (Chadaeva et al, 2016), in vitro в ре-альном времени (Arkova et al, 2014), в неравновесных (Drachkova et al, 2014) и равновесных (Savinkova et al, 2013) условиях, а также на данных независимых экспериментов других авторов (см. обзоры (Ponomarenko et al, 2009Suslov et al, 2010)).…”

“…Было экспериментально показано, что сродство ТВР/ТАТА-бокс достоверно позитивно кор-релирует с экспрессией соответствующих генов (Mogno et al, 2010). Мы фокусировали наши предыдущие исследования на районе [-70;-20] перед стартами белок-кодирующих транскриптов в геноме человека, куда проецируются из-вестные сайты связывания ТВР, самые изученные регуля-торные сигналы генома (Ponomarenko et al, 2013). Была создана вычислительная модель трехшагового связывания ТВР/ТАТА-бокс (Ponomarenko et al, 2008): скольжение ТВР вдоль ДНК → остановка ТВР на ТАТА-боксе → ста-билизация комплекса ТВР/ТАТА изгибом спирали ДНК, как это годом позже наблюдали в опыте R.F.…”

Prediction and verification of the influence of the rs367781716 SN P on the interaction of ТАТА -binding protein with the promoter of the human АВСА9 gene

“…Ранее на примерах более 70 известных SNP-маркеров заболеваний человека (Пономаренко и др., 2009), селекци-онно-ценных признаков животных и растений (Суслов и др., 2010), а также 146 SNPs единственного функциональ-ного TATA бокса в геноме ВИЧ-1 мы Suslov et al, ) мы et al, 2010) мы разработали компьютерный метод оценки достоверности аллельных различий экспрессии гена (Пономаренко и др., 2008) и подтвердили его прогнозы в наших ориги-нальных экспериментах с использованием гель-ретар-дации (Electrophoretic Mobility Shift Assay, EMSA) при равновесных (Savinkova et al, 2013) и неравновесных (Drachkova et al, 2014) условиях in vitro, а также in vitro в режиме «реального времени» с использованием (Драч-кова и др., 2012) поверхностного плазмонного резонанса (Surface Plasmon Resonance, SPR) на биосенсоре ProteOn™ XPR36 (Bio-Rad Lab., Inc., США) и переноса флюорес-центной резонансной энергии (�luorescence Resonance �luorescence Resonance Energy Transfer, �RET) (Аркова и др., 2014) и метода ос-�RET) (Аркова и др., 2014) и метода ос-тановленной струи (Stopped-flow) на спектрометре SX20 (Applied Photophysics, Великобритания). Дополнительно, мы подтвердили прогнозы нашего метода (Пономаренко и др., 2008) на данных независимых экспериментов на генах-паралогах семейства AR� (Auxin Response �actors) арабидопсиса и риса (Миронова и др., 2010), транскрип-тома арабидопсиса через один час после обработки рас-тения 1 μM ауксином (Ponomarenko, Ponomarenko, 2015), транскриптома мозга человека (Пономаренко и др., 2014), а также 68 других опытов разных авторов (Пономаренко и др., 2010).…”

Biomedical and candidate SN P markers of chronopathologies can significantly change affinity of ТАТА -binding protein for human gene promoters

“…Genomics and Polymorphism a nalysis мени» (Аркова и др., 2014); 2) в рав-новесных (Savinkova et al, 2013) и 3) в неравновесных (Drachkova et al, 2014) условиях.…”