Биофизика, 2024, № 6

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
 
БИОФИЗИКА
 
 
Том 69    
вып. 6   2024    Ноябрь—Декабрь
Журнал основан в январе 1956 года
Выходит 6 раз в год
ISSN: 0 
006-3029
1956-1962 гг. — гл. ред. А.М. КУЗИН
1962-1976 гг. — гл. ред. Г.М. ФРАНК
19 
76-1977 гг. — гл. ред. Л.А. БЛЮМЕНФЕЛЬД
197 
7-1989 гг. — гл. ред. А.А. КРАСНОВСКИЙ
1989-2022 гг. — гл. ред. Е.Е. ФЕСЕНКО
Жуpн 
ал издается под pуководcтвом
Отделения биологичеcкиx наук ₽АН
Главный редактор
П.Я. Грабарник
Редак 
ционная коллегия
В.С. Акатов, В.Г. Артюхов, А.Ф. Ванин, И.М. Вихлянцев,
О.В. Галзитская, Н.Г. Есипова (ответственный секретарь), В.М. Комаров,
М.С. Кондратьев, Н.И. Кукушкин, В.Ю. Макеев, Д.Ю. Нечипуренко,
О.Н. Озолинь, Н.В. Пеньков, С. Петровский, И.Ю. Петрушанко,
Г.Ю. Ризниченко, А.Б. Рубин, Е.И. Слобожанина, А.И. Сушков,
В.А. Твердислов, В.Г. Туманян, С.Н. Удальцов,
Е.Е. Фесенко мл. (заместитель главного редактора), Е.Я. Фрисман,
К.В. Шайтан (заместитель главного редактора), М.Г. Шарапов
Редак 
ционный совет
Ф.И. Атауллаханов, Ю.А. Владимиров, И.Д. Волотовский,
А.Ю. Гросберг, А.Г. Дегерменджи, Г.Р. Иваницкий, А.А. Красновский,
А.А. Макаров, Д.И. Рощупкин, А.Б. Рубин, В.О. Самойлов,
Е.Е. Фесенко, А.В. Финкельштейн, М.Д. Франк-Каменецкий
Заведующая редакцией М.А. Пуценкова
Адрес редакции: 142290, Пущино, Просп. Науки, 3, оф. 226
Телефон +7(963)698-77-22
E-mail: biophysica1@mail.ru
Москв 
а
ФГБУ  
«Издательство «Наука»
© Российская академия наук 2024
© Редколлегия журнала
    «Биофизика» (составитель) 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 69, номер 6, 2024
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА
Формирование сложной пространственной структуры днк в процессе синтеза ab initio
Н.В. Зырина, О.М. Селиванова, Е.В. Шевченко, В.Н. Антипова
1147
Влияние способа закрепления на характеристики растяжения ДНК
М.А. Дидин
1153
Анализ редактирования рнк в консервативных участках последовательности
гена RPS12 трипаносоматид
Е.С. Герасимов, Ю.А. Руденская, Е.А. Брюшкова, О.А. Коржавина, А.А. Колесников
1167
БИОФИЗИКА КЛЕТКИ
Транспорт глицерина через мембрану сперматозоида человека при криоконсервации
А.А. Иванова, И.И. Леонов, Е.С. Гнилозуб-Волобуева, М.А. Овчинников,
С.А. Яковенко, Е.Ю. Симоненко
1175
Цитопротекторное и антиоксидантное действие ресвератрола на лимфоциты человека, 
модифицированные пероксидом водорода и УФ-светом 
М.А. Наквасина, В.Г. Артюхов, Е.Н. Чурсанова, О.В. Мячина, 
Е.И. Корпусова, А.Ю. Деенкова, В.А. Шестых
1185
Изучение функционального состояния митохондрий сердца инбредных мышей 
при сахарном диабете 2 типа
Ю.Л. Бабурина, И.В. Одинокова, Р.Р. Крестинин, А.И. Звягина, 
Л.Д. Сотникова, О.В. Крестинина
1195
Применение фосфолипидов с полиненасыщенными жирными кислотами 
в хвостовых группах позволяет предотвратить снижение подвижности сперматозоидов 
плодовой мушки Drosophila melanogaster в ранний период реадаптации 
после космического полета
И.В. Огнева, К.К. Гогичаева, Ю.С. Жданкина, О.В. Котов
1206
Роль двух изоформ белка теплового шока Hsp90 в обеспечении устойчивости 
клеток фибросаркомы человека НТ1080 к ингибиторам Hsp90 
и цитотоксическим препаратам
В.С. Петренко, О.С. Моренков, Ю.Ю. Скарга, М.А. Жмурина, В.В. Врублевская
1214
Цитотоксичность полиакрилатов золота и серебра для опухолевых клеток
Л.А. Островская, Д.Б. Корман, Е.И. Некрасова, Н.В.Блюхтерова,
Ю.А. Хоченкова, К.А. Абзаева
1224
Управление активностью мобильных элементов в раковых клетках 
как стратегия для противораковой терапии
С.Р. Павлов, В.В. Гурский, М.Г. Самсонова, А.А. Канапин, А.А. Самсонова
1231
Механизмы радиорезистентности раковых клеток: современные тенденции 
и перспективы исследований
М.Г. Шарапов, Е.Е. Карманова, С.В. Гудков
1235
БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ
Использование метода IIIVmrMLM для подтверждения и поиска новых 
геномных ассоциаций у культурного нута
М.А. Дук, А.А. Канапин, М.П. Банкин, М.Г. Самсонова
1263

Морфологические и функциональные характеристики мускулатуры 
трематоды Fasсiola hepatica
Н.Д. Крещенко
1279
Морфологические особенности и временные характеристики процесса 
регенерации мышечной ткани у планарий Polycelis tenuis (Platyhelminthes)
Г.В. Кузнецов, Н.Д. Крещенко
1291
Влияние бромистого этидия на пуринергическую модуляцию мионевральной 
передачи и сокращения скелетной мышцы
А.Н. Горшунова, А.Ю. Теплов, С.Н. Гришин, Р.Д. Мухамедзянов, А.Е. Хайруллин 
1300
Комплексная оценка функционального состояния микроциркуляторного 
русла коры головного мозга на разных этапах старения
О.П. Горшкова, И.Б. Соколова 
1306
Противовирусное действие в отношении SARS-CoV-2 растворов динитрозильных 
комплексов железа при ингаляции сирийским хомячкам в «nose-only»-камере 
А.В. Шиповалов, А.Ф. Ванин, Н.А. Ткачев, О.В. Пьянков, Н.Б. Асанбаева, С.В. Аньков, 
Е.Г. Багрянская, А.М. Бакланов, С.В. Валиулин, М.Е. Стекленева 
1318
Действие динитрозильных комплексов железа с лигандом на основе N-ацетил-L-цистеина 
при ингаляционном введении этих комплексов в организм крыс
А.А. Тимошин, К.Б. Шумаев, В.Л. Лакомкин, А.А. Абрамов, Э.К. Рууге 
1329
Радиозащитный эффект экзогенного пероксиредоксина 6 при тотальном облучении 
мышей ионизирующим излучением различной мощности
Е.Е. Карманова, Р.Г. Гончаров, В.И. Брусков, В.И. Новоселов, М.Г. Шарапов
1335
Защитное действие низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот
на экспериментальной модели дисбактериоза кишечника у лабораторных крыс
А.Б. Гапеев, Т.П. Кулагина, Е.С. Жукова, А.В. Ариповский, М.А. Позднякова
1344
Гибридные модели трансформаций эпидемических волн 
А.Ю. Переварюха
1353
МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА
Полисахарид из Solanum tuberosum L. как потенциальный противоязвенный препарат
Л.В. Генералова, К.А. Крицкая, Д.П. Ларюшкин, Е.А. Генералов
1376
Катион нитрозония как противоопухолевый компонент динитрозильных
комплексов железа с тиолсодержащими лигандами
А.Ф. Ванин, Л.А. Островская, Д.Б. Корман, В.А. Рыкова, Н.В. Блюхтерова,
М.М. Фомина, В.Д. Микоян, Н.А. Ткачев
1382
Использование комплексов включения холестерина на основе произвольно 
метилированных бета-циклодекстринов для повышения криотолерантности 
сперматозоидов человека
А.Г. Миронова, С.И. Афанасьева, С.А. Яковенко, А.Н. Тихонов, Е.Ю. Симоненко
1390
ПИСЬМА В РЕДАКЦИЮ
Генетический анализ арктических популяций белого медведя с использованием 
исторических образцов
А.А. Канапин, А.А. Самсонова, А.В. Абрамов, М.В. Саблин, В.В. Платонов,
Х.Х. Мустафин, С.А. Чекрыгин, Д. Хирата
1402

Contents
Vol. 69, No. 6, 2024
Molecular Biophysics
Formation of Complex Spatial Structure of DNA in the Process of ab initio Synthesis
 N.V.  Zyrina, O.M. Selivanova, E.V. Shevchenko, and V.N. Antipova
1147
Impact of Immobilization Method on DNA Stretching Characteristics
 M.A. Didin
1153
Analysis of RNA Editing in Conserved Sequence Blocks of the Trypanosomatid RPS12 Gene 
 E.S. Gerasimov, Y.A. Rudenskaya, E.A. Bryushkova, O.A. Korzhavina, and A.A. Kolesnikov
1167
Cell Biophysics
Transport of Glycerol Through the Human Sperm Membrane during Cryopreservation
 A.A. Ivanova, I.I. Leonov, E.S. Gnilozub-Volobueva, M.A. Ovchinnikov, 
S.A. Yakovenko, and E.Yu. Simonenko
1175
Cytoprotective and Antioxidant Effect of Resveratrol on Human Lymphocytes Modified 
with Hydrogen Peroxide and UV Light
 M.A. Nakvasina, V.G. Artyukhov, E.N. Chursanova, O.V. Myachina, E.I. Korpusova,
A.Yu. Deenkova, and V.A. Shestykh
1185
Investigation of the Functional State of Heart Mitochondria in Inbred Mice 
with Type 2 Diabetes Mellitus
 Y.L. Baburina, I.V. Odinokova, R.R. Krestinin, А.I. Zvyagina,
L.D. Sotnikova, and О.V. Krestinina
1195
The Administration of Phospholipids with Polyunsaturated Fatty Acids in the Tail Groups 
Makes It Possible to Prevent the Decrease of Sperm Motility of the Fruit Fly Drosophila melanogaster 
in the Early Period of Readaptation after Space Flight
 I.V. Ogneva, K.K. Gogichaeva, Yu.S. Zhdankina, and O.V. Kotov
1206
The Role of Two Isoforms of Heat Shock Protein Hsp90 in Resistance of Human 
Fibrosarcoma Cells HT1080 to Hsp90 Inhibitors and Cytoxic Drugs
 V.S. Petrenko, O.S. Morenkov, Y.Y. Skarga, M.A. Zhmurina, and V.V. Vrublevskaya
1214
Cytotoxicity of Gold and Silver Polyacrylates for Tumor Cells 
 L.A. Ostrovskaya, D.B. Korman, E.I. Nekrasova, N.V. Bluhterova, 
U.A. Hochenkova, and K.A. Abzaeva
1224
Control of the Activity of Mobile Elements in Cancer Cells 
as a Strategy for Anticancer Therapy
 S.R. Pavlov, V.V. Gursky, M.G. Samsonova, A.A. Kanapin, and A.A. Samsonova
1231
Mechanisms of Cancer Cell Radioresistance: Modern Trends and Research Prospects
 M.G. Sharapov, E.E. Karmanova, and S.V. Gudkov
1235
Complex Systems Biophysics
Using the IIIVmrMLM Method to Confirm and Search New Genome-Wide 
Associations in Chickpea
 M.A. Duk, A.A. Kanapin, M.P. Bankin, and M.G. Samsonova
1263
Morphological and Functional Characteristics of the Trematode Fasciola hepatica Musculature
 N.D. Kreshchenko
1279

Morphological Features and Temporary Characteristics of the Process of Muscle Tissue 
Regeneration in Planaria Polycelis tenuis (Platyhelminthes)
 G.V. Kuznetsov and N. D. Kreshchenko
1291
The Effect of Ethidium Bromide on Purinergic Modulation of Myoneural Transmission
and Skeletal Muscle Contraction
 A.N. Gorshunova, A.Yu. Teplov, S.N. Grishin, R.D. Mukhamedzyanov, and A.E. Khairullin
1300
Comprehensive Assessment of the Functional State of the Cerebral Cortex Microcirculatory 
Bed at Different Stages of Aging
 O.P. Gorshkova and I.B. Sokolova
1306
Antiviral Activity of the Solutions of Dinitrosyl Iron Complex Delivered to SARS-CoV-2-Infected 
Syrian Hamsters Placed in a Nose-Only Inhalation Exposure Chamber
 A.V. Shipovalov, A.F. Vanin, N.A. Tkachev, O.V. Pyankov, N.B. Asanbaeva, S.V. An’kov,
E.G. Bagryanskaya, A.M. Baklanov, S.V. Valiulin, and M.E. Stekleneva
1318
The Action of Dinitrosyl Iron Complexes with a Ligand Based on N-acethyl-L-cysteine 
upon Inhalation Delivery of These Complexes to Rats 
 A.A. Timoshin, K.B. Shumaev, V.L Lakomkin, A.A. Abramov, and E.K. Ruuge
1329
Radioprotective Effect of Exogenous Peroxiredoxin 6 in Mice Exposed to Different Doses 
of Whole-Body Ionizing Radiation
 E.E. Karmanova, R.G. Goncharov, V.I. Bruskov, V.I. Novoselov, and M.G. Sharapov
1335
Protective Effect of Low-Intensity Extremely High-Frequency Electromagnetic Radiation
on an Experimental Model of Intestinal Dysbacteriosis in Laboratory Rats
 A.B. Gapeyev, T.P. Kulagina, E.S. Zhukova, A.V. Aripovsky, and M.A. Pozdnyakova
1344
Hybrid Models of Transformations of Epidemic Waves
 A.Yu. Perevaryukha
1353
Medical Biophysics 
Polysaccharide from Solanum tuberosum L. as a Potential Antiulcer Drug
 L.V. Generalova, K.A. Kritskaya, D.P. Laryushkin, and E.A. Generalov
1376
Nitrosonium Cation as an Antitumor Component of Dinitrosyl Iron Complexes 
with Thiol-Containing Ligands
 A.F. Vanin, L.A. Ostrovskaya, D.B. Korman, V.A. Rykova, N.V. Bluhterova,
M.M. Fomina, V.D. Mikoyan, and N.A. Tkachev
1382
The Use of Cholesterol/Randomly Methylated β-Cyclodextrin (RAMEB) Inclusion Complexes
to Improve Human Spermatozoa Cryosurvival
 A.G. Mironova, S.I. Afanasyeva, S.A. Yakovenko, A.N. Tikhonov, and E.Yu. Simonenko
1390
Letters to Editorial
Genetic Analysis of Arctic Polar Bear Populations using Historical Samples
 A.A. Kanapin, A.A. Samsonova, A.V. Abramov, M.V. Sablin, V.V. Platonov,
H.H. Mustafin, S.A. Chekrygin, and D. Hirata
1402

БИОФИЗИКА, 2024, том 69, № 6, с. 1147–1152
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА
УДК 543.94
ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДНК 
В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА ab initio
© 2024  г.   Н.В. Зырина*, **, О.М. Селиванова***, Е.В. Шевченко****, В.Н. Антипова*, #
*Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,
Институтская ул., 3, Пущино Московской области, 142290, Россия
**Институт биологического приборостроения с опытным производством РАН,
Институтская ул., 7, Пущино Московской области, 142290, Россия
***Институт белка РАН, Институтская ул., 4, Пущино Московской области, 142290, Россия
****Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники 
Санкт-Петербургского государственного университета,
Ульяновская ул., 1, Петергоф, Санкт-Петербург, 198504, Россия
#E-mail: valery_a@rambler.ru
Поcтупила в pедакцию 27.04.2024 г.
Поcле доpаботки 27.04.2024 г.
Пpинята к публикации 17.07.2024 г.
В процессе синтеза ab initio большим фрагментом Bst ДНК-полимеразы образуются продукты со
сложной пространственной организацией. Анализ методом атомно-силовой микроскопии продуктов синтеза, полученных с добавлением минимального количества никующей эндонуклеазы
Nt.BspD6I, позволил описать структуры, сформированные в результате этого синтеза, и предположить, что их формирование происходит по механизму репликации, зависимой от рекомбинации.
Ключевые слова: синтез ДНК ab initio, большой фрагмент ДНК-полимеразы Bst, атомно-силовая микрокопия.
DOI: 10.31857/S0006302924060016,  EDN: LGUEHW
Синтез ДНК ab initio − это неканонический
синтез ДНК термофильными ДНК-полимеразами прокариот из dNTP в отсутствие какой-либо
добавленной ДНК [1]. Реакция является изотермической и при определенных условиях может
отличаться крайне высоким выходом продукта.
Эффективность реакции значительно увеличивается при добавлении ферментов, гидролизующих
ДНК. 
Для выяснения причины формирования сложной пространственной организации продуктов
синтеза ab initio в этом исследовании мы сфокусировались на детальном анализе изображений, полученных с помощью АСМ. Исследовали изображения высокомолекулярной ДНК, синтезированной с добавлением минимального количества
никующей эндонуклеазы Nt.BspD6I и без нее,
описали структуры, сформированные в результате синтеза, который не направляется матрицей, и
предположили, какой механизм синтеза в этом
задействован. 
Последовательности ДНК, синтезированные
ab initio состоят из коротких AT-богатых повторов
палиндромной или непалиндромной структуры.
Первые сведения о структуре этих молекул были
представлены в работах [2, 3]. Эксперименты с
использованием атомно-силовой микроскопии
(АСМ), электрофореза и нуклеаз показали, что
ДНК, полученная в ходе синтеза ab initio большим
фрагментом ДНК-полимеразы Bst, как в присутствии никующей эндонуклеазы Nt.BspD6I (далее
никаза), так и без этого фермента, состоит из разветвленных нитей разной длины, часть из которых образует сетевидные структуры [4].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Синтез ДНК ab initio большим фрагментом Bst
полимеразы. Реакционная смесь (20 мкл) состоящая из 2 U большого фрагмента Bst полимеразы,
0.2 мM dNTPs в реакционном буфере ThermoPol
(20 мM Трис–HCl, pH 8.8, 10 мM KCl, 10 мM
(NH4)2SO4, 0.1% Тритона X-100) и 10 мM MgCl2
была инкубирована 24 ч при 55°C. Реакционная
смесь с добавленной никующей эндонуклеазой
Nt.BspD6I (0.2 U) была инкубирована в течение
1 ч при 55°C. Реакцию останавливали добавлениСокращение: АСМ – атомно-силовая микроскопия. 
1147

ЗЫРИНА и др.
Рис. 1. Изображения, полученные методом АСМ: (а) – геномная ДНК Bacillus stearothermophilus, выделенная с
помощью набора «ДНК-Экстран ЕХ-512» (НПК ООО «Синтол», Москва, Россия); (б) – ДНК фага лямбда, 48502 п. о.
(ООО «СибЭнзайм», Новосибирск, Россия); (в) – ДНК, полученная в процессе синтеза ab initio Bst-полимеразой в
течение 24 ч; (г) – ДНК, полученная в процессе синтеза ab initio Bst-полимеразой с добавлением минимального
количества (0.2 U) никующей эндонуклеазы Nt.BspD6I в течение 1 ч. Буфер для нанесения на слюду: 2 мМ трис-HCl
(pH 7.6) и 10 мМ MgCl2. 20 мкл раствора ДНК с концентрацией 1 нг/мкл. Шкала 500 нм. Примечание: образование
сложных пространственных структур ДНК, синтезированной ab initio, не связано с какими-либо условиями АСМ
(например, концентрацией MgCl2 или концентрацией ДНК), поскольку природные ДНК в тех же условиях
представлены плавно изогнутыми линейными молекулами. 
нуклеазы Nt.BstD6I, состоит из линейных участков, объединенных в сетевидную структуру. Некоторые участки ДНК резко изогнуты, местами
скручены, с ответвлениями. В целом такая ДНК
выглядит как РНК c развитой вторичной структурой, подобно тРНК, а также РНК различных вирусов [5–8].
ем 10 мM ЭДТА. Продукты синтеза ab initio очищали, определяли концентрацию и анализировали в 1% агарозном геле, как описано в работе [4]. 
Атомно-силовая микроскопия. Сканирование
продуктов синтеза ab initio было выполнено в ресурсном центре «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» Научного парка СПбГУ
на исследовательском комплексе люминесцентной и рамановской микроспектрометрии «Интегра Спектра» («НТ-МДТ», Зеленогpад, Россия) в
полуконтактном режиме, как описано ранее [4]. 
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
АСМ позволила выявить значительные отличия продуктов синтеза ab initio Bst полимеразой от
природных высокомолекулярных ДНК бактериофага лямбда и геномной ДНК Bacillus stearothermophilus (рис. 1). Природные ДНК представлены
в основном линейными плавно изогнутыми двухцепочечными 
молекулами. 
Синтезированная
ab initio ДНК, без добавления никующей эндоДля выяснения причины формирования сложной структуры продуктов синтеза ab initio, первоначально были исследованы продукты синтеза,
полученные с добавлением минимального количества 
(0.2 
U) 
никующей 
эндонуклеазы
Nt.BspD6I (никазы). Этот фермент «узнает» в
двухцепочечной ДНК последовательность (сайт)
5'-GAGTC-3'/5'-GACTC-3' и расщепляет верхнюю цепь на расстоянии четырех пар нуклеотидов от сайта в направлении 3'-конца [9]. Если два
противоположно ориентированных сайта расположены на небольшом расстоянии друг от друга,
никаза расщепит ДНК на фрагменты. Ранее было
показано, что продукты синтеза с добавлением
0.2 U никазы имеют почти такую же длину, как
продукты синтеза без ее добавления [4], но морБИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 6 
 2024

ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДНК
1149
Рис. 2. Галерея АСМ-изображений продуктов синтеза ab initio с добавлением никующей эндонуклеазы Nt.BspD6I.
(а) – D-петля (показана стрелкой) на блоке с кружком, “kissing loop” – на блоке с сердечком, Y-разветвления.
Небольшие утолщения на концах молекул отмечены линиями. (б) – Х-разветвления. (в) – Фрагменты сложной
структуры: вверху – D-кольцо с внедренными одноцепочечными участками, указаны стрелкой; внизу – D-кольцо и
сложная структура, стрелкой показан одноцепочечный участок. Шкала 500 нм. Часть структур описана по аналогии с
описанием в работе [12]. 
разные структуры на рис. 2б указывают на наличие промежуточных продуктов репликации,
структур Холлидея. Для образования таких
сложных структур (соединенные кольца с ответвлениями, D-кольца), как на рис. 2в, необходимы
палиндромные 
последовательности, 
множественные репликационные вилки и/или рекомбинационные соединения, а также внедрения одноцепочечных концов ДНК в другой фрагмент
своей же или соседней молекулы [12]. Места
внедрения концов ДНК выглядят как треугольные структуры.
фология молекул менее изогнутая, они выглядят
более «расслабленными» и менее «спутанными»
(рис. 1г). Молекулы содержат структуры, похожие на: Х- или Y-образные разветвления, петли и
кольца, кольца с ответвлениями. Некоторые молекулы имеют утолщения, похожие на D-петли
или R-петли [10, 11] (рис. 2). В целом оказалось,
что структуры, синтезированные ab initio в присутствии никазы, похожи на такие же структуры
(петли, кольца, разветвления), подробно охарактеризованные в работе [12]. Вероятно, эти структуры являются промежуточными продуктами репликации и рекомбинации. 
Интересно отметить наличие образования, похожего на “kissing loop” РНК [5] (рис. 2а), когда
две разные молекулы взаимодействуют через палиндромные участки петель шпилечных структур. Небольшие утолщения на концах молекул и
по «ходу» нитей ДНК на участках с резким изгибом (рис. 2а, нижний блок) можно интерпретировать как участки с двумя-тремя нуклеотидными
неспаренными основаниями. Подобные структуры отмечали на повторяющихся последовательностях при образовании шпилечных петель и
участках со сдвигом одной цепи относительно
другой [14, 15].
Структура, представленная на рис. 2а, была
идентифицирована как D-петля, по аналогии с
описанием в работах [10, 11]. Возможно, концы
синтезированной ab initio ДНК формируют D-петли, подобные тем, которые наблюдали на теломерах хромосом [13]. Похожие на D-петли структуры были идентифицированы как на концах молекул, в том числе и коротких, так и в середине
молекул. Наличием петель можно объяснить резкую изогнутость некоторых участков молекул.
Видимо они, как и R-петли, накладывают локальные физические ограничения на близлежащую ДНК, приводя к формированию углов/изломов [11]. 
Также были идентифицированы разветвленные молекулы Y-образной формы и удвоенной
Y-образной формы (рис. 2а). Такие структуры
могут возникнуть из больших кольцеобразных
структур с разветвлениями во время репликации
с двумя репликационными вилками [12]. Х-обПеречисленные выше структуры были идентифицированы и в продуктах синтеза ab initio без
добавления никазы. Но последние содержат
больше резко изогнутых участков, больше одноцепочечных участков и больше сильно разветвленных D-колец (рис. 1). Наличие одноцепочечной ДНК подтвердилось ранее в эксперименте с
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 6
 2024

ЗЫРИНА и др.
мологичные участки линейных или кольцевых
двухцепочечных молекул ДНК [28] и приводить к
образованию новых D-петель. Как Bst-полимераза частично разделяет дуплекс, остается неизвестным [26]. В живых клетках промежуточные продукты репликации расщепляются нуклеазами
(например, резольвазой RuvC HJ Escherichia coli)
[29]. При синтезе ab initio, in vitro разделения/расщепления не происходит, и в итоге образуется
крупная сеть реплицирующихся молекул ДНК,
удерживаемых вместе благодаря многочисленным разветвлениям Y-образной формы из промежуточных продуктов репликации. 
ВЫВОДЫ
Наличие перечисленных структур согласуется
с существующей гипотезой о формировании
ДНК-полимеразой на начальных этапах синтеза
ab initio пула случайных олигонуклеотидов и дальнейшей амплификации повторов преимущественно палиндромной структуры [17, 30]. Повторяющиеся нуклеотидные последовательности
могут формировать не только шпилечные структуры. Они также могут участвовать в формировании структур, подобных D-петле, что запускает
репликацию, зависимую от рекомбинации. Это
способствует формированию сложной пространственной организации продуктов синтеза ab initio.
ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ
Работа выполнена в рамках Государственных
заданий № 075-00224-24-01 и № AAAA-A19119091190094-6 (исследования методом атомносиловой микроскопии выполнено в ресурсном
центре «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» Научного парка СПбГУ).
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
интересов.
СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов исследования. 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Zyrina N. V., Antipova V. N., and Zheleznaya L. A. Ab initio synthesis by DNA polymerases. FEMS Microbiol.
Lett., 351 (1), 1 (2014). DOI: 10.1111/1574-6968.12326
использованием нуклеазы золотистой фасоли
(Mung Bean) [4]. 
Точный механизм начала синтеза ab initio неизвестен. Предполагается, что в отсутствие праймера и матрицы ДНК полимераза должна
связаться как минимум с двумя dNTP и катализировать неспецифическое образование динуклеотидов. Они могут служить праймерами для неспецифической элонгации случайных тримеров или
тетрамеров, из которых собираются короткие
олигонуклеотиды [16]. Из олигонуклеотидов со
случайной последовательностью дальнейшей амплификации подвергаются те, которые могут
формировать шпилечные структуры, способствующие их дальнейшей репликации. Олигонуклеотиды могут частично гибридизоваться друг с другом, выступая матрицами и праймерами и способствуя 
амплификации 
более 
длинных
повторяющихся нуклеотидных последовательностей [17, 18]. Возможно, что шпилечные структуры могут образовывать димеры через взаимодействие петлями, образуя, подобно РНК, структуры
типа “kissing loop”. У РНК такой димер считается
временной промежуточной структурой, в дальнейшем преобразующейся в дуплекс [5]. 
Наличие таких структур, как D-петли, позволяет предположить, что часть продуктов синтеза
ab initio образовалась в результате репликации, зависимой от рекомбинации [19]. Такой механизм
репликации свойственен не только бактериофагу
Т4, но и, например, митохондриальной ДНК растений [20], вирусу герпеса [21], и даже теломерам
[22, 23]. Поэтому возможно, что дуплексы, состоящие из повторяющихся последовательностей и
содержащие одноцепочечный выступ на 3 '-конце, состоящий из таких же последовательностей,
способны образовывать структуру D-петли, подобную Т-петле теломер [23] или R-петле [10].
Одноцепочечный 3'-конец внедряется в гомологичную двухцепочечную ДНК в месте соединения петли, инициируя обмен цепей ДНК и становится праймером с 3'-концом доступным для
дальнейшего синтеза ДНК от 5' до 3' ДНК-полимеразой. Способность Bst-полимеразы ремоделировать линейную дцДНК в структуру, похожую
на D-петлю показана в работе [24]. Фермент может переключать матрицы во время синтеза, переходя от одной цепи к другой ([25], цитируется
по обзору [26]). По аналогии с моделями, предложенными для объяснения альтернативной формы удлинения теломер [23, 27, 28] можно предположить, что за счет обмена цепей внутри D-петель 
образуются 
D-кольца, 
которые 
могут
служить матрицей для образования промежуточных продуктов репликации по типу катящегося
круга, включая σ-форму «хвостатых колец» и одноцепочечные петли ДНК с двухцепочечными
участками, с последующим освобождением одноцепочечной ДНК. ОдДНК могут внедряться в го2. Zyrina N. V., Zheleznaya L. A., Dvoretsky E. V.,
Vasiliev V. D., Chernov A., and Matvienko N. I.
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 6 
 2024

ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДНК
1151
N.BspD6I DNA nickase strongly stimulates template-independent synthesis of non-palindromic repetitive DNA
by Bst DNA polymerase. Biol. Chem., 388 (4), 367–372
(2007). 
DOI: 10.1515/BC.2007.043
14. Axford M. M., Wang Y. H., Nakamori M., Zannis-Hadjopoulos M., Thornton C. A., and Pearson C. E. Detection of slipped-DNAs at the trinucleotide repeats of the
myotonic dystrophy type I disease locus in patient tissues.
PLoS Genet., 9 (12), e1003866 (2013).
DOI: 10.1371/journal.pgen.1003866
3. Cheng D. W. and Calderón-Urrea A. Nontemplate polymerization of free nucleotides into genetic elements by
thermophilic DNA polymerase in vitro. Nucleosides Nucleotides Nucl. Acids, 30 (11), 979–990 (2011).
DOI: 10.1080/15257770.2011.628637
15. Sinden R. R., Potaman V. N., Oussatcheva E. A.,
Pearson C. E., Lyubchenko Y. L., and Shlyakhtenko L. S.
Triplet repeat DNA structures and human genetic disease:
dynamic mutations from dynamic DNA. J. Biosci., 27,
53–65 (2002). DOI: 10.1007/BF02703683
16. Zhang S., Tang L., Zhang J., Sun W., Liu D., Chen J., Hu
B., and Huang Z. Single-atom-directed inhibition of de
Novo DNA synthesis in isothermal amplifications. Anal.
Chem., 94 (45), 15763–15771 (2022). 
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03489
4. Antipova V. N., Reveguk Z. V., Kraynyukov E. S., and
Zyrina N. V. Structure of DNA obtained during the ab initio synthesis by Bst DNA polymerase in the presence of
the nicking endonuclease from Bacillus stearothermophilus
(Nt.BstNBI). J. Biomol. Struct. Dyn., 37 (13), 3314–3321
(2019). DOI: 10.1080/07391102.2018.1515662
17. Ogata N. and Miura T. Genetic information 'created' by
archaebacterial DNA polymerase. Biochem. J., 324 (Pt 2),
667–671 (1997). DOI: 10.1042/bj3240667
5. Andersen E. S., Contera S. A., Knudsen B.,
Damgaard C. K., Besenbacher F., and Kjems J. Role of
the trans-activation response element in dimerization of
HIV-1 RNA. J. Biol. Chem., 279 (21), 22243 (2004). 
DOI: 10.1074/jbc.M314326200
18. Ogata N. and Morino H. Elongation of repetitive DNA by
DNA polymerase from a hyperthermophilic bacterium
Thermus thermophilus. Nucl. Acids Res., 28 (20), 3999–
4004 (2000). DOI: 10.1093/nar/28.20.3999
6. Ma H., Jia X., Zhang K., and Su Z. Cryo-EM advances in
RNA structure determination. Signal. Transduct. Target
Ther., 7 (1), 58 (2022). 
DOI: 10.1038/s41392-022-00916-0 
19. Mosig G. Recombination and recombination-dependent
DNA replication in bacteriophage T4. Annu. Rev. Genetics, 32, 379–413 (1998). DOI: 10.1146/annurev.genet.32.1.379
7. Pierce P. G. and Hancock R. L. Electron microscopy of
negatively stained tRNA. Nature, 241, 529–530 (1973).
DOI: 10.1038/241529a0
8. Meyer J. Electron microscopy of viral RNA (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 1981)
20. Cheng N., Lo Y. S., Ansari M. I., Ho K. C., Jeng S. T.,
Lin N. S., and Dai H. Correlation between mtDNA complexity and mtDNA replication mode in developing cotyledon mitochondria during mung bean seed germination.
New Phytologist, 213 (2), 751–763 (2017). 
DOI: 10.1111/nph.14158 
9. Железная Л. А., Качалова Г. С., Артюх Р. И., Юнусова А. К., Перевязова Т. А. и Матвиенко Н. И. Никующие эндонуклеазы. Успехи биол. химии, 49, 107–128
(2009)
21. Severini A., Scraba D. G., and Tyrrell D. L. Branched
structures in the intracellular DNA of herpes simplex virus
type 1. J. Virology, 70 (5), 3169–3175 (1996).
DOI: 10.1128/JVI.70.5.3169-3175.1996 
10. Klinov D. V., Lagutina I. V., Prokhorov V. V., Neretina T.,
Khil P. P., Lebedev Y. B., Cherny D. I., Demin V. V., and
Sverdlov E. D. High resolution mapping DNAs by R-loop
atomic force microscopy. Nucl. Acids Res., 26 (20), 4603–
4610 (1998). DOI: 10.1093/nar/26.20.4603
22. Tomaska L., Nosek J., Kar A., Willcox S., and
Griffith J. D. A new view of the T-loop junction: implications for self-primed telomere extension, expansion of disease-related nucleotide repeat blocks, and telomere evolution. Front. Genetics, 10, 792 (2019). 
DOI: 10.3389/fgene.2019.00792
11. Carrasco-Salas 
Y., 
Malapert 
A., 
Sulthana 
S.,
Molcrette B., Chazot-Franguiadakis L., Bernard P., Chédin F., Faivre-Moskalenko C., and Vanoosthuyse V. The
extruded non-template strand determines the architecture
of R-loops. Nucl. Acids Res., 47 (13), 6783–6795 (2019).
DOI: 10.1093/nar/gkz341
23. Nabetani A. and Ishikawa F. Unusual telomeric DNAs in
human telomerase-negative immortalized cells. Mol. Cell.
Biol., 29 (3), 703–713 (2009). 
DOI: 10.1128/MCB.00603-08 
12. Backert S. R-loop-dependent rolling-circle replication
and a new model for DNA concatemer resolution by mitochondrial plasmid mp1. EMBO J., 21 (12), 3128–3136
(2002). DOI: 10.1093/emboj/cdf311
13. Greider C. W. Telomeres do D-loop-T-loop. Cell, 97 (4),
419–422 (1999). DOI: 10.1016/s0092-8674(00)80750-3
24. Wang G., Ding X., Hu J., Wu W., Sun J., and Mu Y.  Unusual isothermal multimerization and amplification by the
strand-displacing DNA polymerases with reverse transcription activities. Sci. Rep., 7 (1), 13928 (2017). 
DOI: 10.1038/s41598-017-13324-0
БИОФИЗИКА 
 том 69 
 № 6
 2024