沃森-克里克到胡格斯基配对过渡之间的自由能源景观

科学领域:

• 分子生物学分子生物学
• 生物物理学的生物物理.
• 计算化学计算化学

背景情况:

• 基因配对对是遗传信息存储和传输的基础.
• 像Hoogsteen (HG) 这样的替代基配对模式,可以与标准的Watson-Crick (WC) 配对一起发生.
• 蛋白质对WC-HG基对转换的影响还不太清楚.

研究的目的:

• 为了研究DNA中WC-HG基对过渡的自由能量场景.
• 开发和验证一个计算协议,用于研究基对转换,使用温和的元动力学.
• 为了确定蛋白质存在对WC和HG基对稳定性和过渡动态的影响.

主要方法:

• 采用了温和元动力学 (WT-MetaD) 模拟方法.
• 利用糖化角 (χ) 作为一个集体变量 (CV) 来定义过渡路径.
• 与现有的实验和模拟数据对裸体DNA的协议进行了验证.

主要成果:

• 沃森-克里克 (WC) 到胡格斯 (HG) 基对过渡的能量屏障在蛋白质的存在下显著下降至~8kcal/mol,与裸体DNA相比.
• 在蛋白质的存在下,HG基对变得比WC基对稳定大约4.0kcal/mol.
• 反向的HG到WC过渡表现出~12kcal/mol的增加的能量屏障,HG对保持~3kcal/mol更稳定.

结论:

• 蛋白质结合可以显著改变DNA基对过渡的能量.
• 该研究提供了一个验证的计算框架,用于在基对水平上调查蛋白质-DNA相互作用.
• 这些发现对理解DNA结构动力学和蛋白质识别机制有意义.