リガンドバウンドおよびリガンドを含まないアプタマーのMDシミュレーション：Add A-Riboswitchの結合およびスイッチングメカニズムに関する分子レベルの洞察

リボスイッチは、MRNAの5 'UTRの構造的なCIS作用遺伝的調節要素であり、特定のリガンドの認識と結合に応じて発現プラットフォームの挙動を調節するアプタマードメインで構成されています。アデニンリボススイッチのアプタマードメインのリガンド結合構造の理解は、結晶構造データに基づいており、リガンドフリーアプタマーの構造とダイナミクスの理解は、物理化学的プロービング実験からの間接的な推論に限定されています。ここでは、アデニン結合（閉じた）状態の両方とアデニンフリー（開いた）状態の両方で、ADD A-Riboswitch結晶構造（1Y26）の15-NSECロングの明示的溶媒分子動力学シミュレーションの結果を報告します。根平均平方根偏差、根平凡な平方の変動、動的相互相関、およびバックボーンねじれ角分析は、2つの軌跡で実行されます。これらは、2つの平均構造の溶媒アクセス可能な表面積分析とともに、利用可能な実験データに対してベンチマークされており、結合およびスイッチングメカニズムの分子レベルの詳細に関する信頼できる洞察を得るための基礎を構成することが示されています。私たちの分析により、バインディングポケットと発現プラットフォームの間の通信を担当する相互作用ネットワークと、コンフォメーションの変化が明らかになりました。さらに、これまでに報告されていない、非標準的なW：Hトランスベースペアリングのオープン状態での重要性を強調し、リガンド結合とリガンド差別の文脈でU51のおそらく重要な役割を提案するのにも役立ちます。

Riboswitches are structural cis-acting genetic regulatory elements in 5' UTRs of mRNAs, consisting of an aptamer domain that regulates the behavior of an expression platform in response to its recognition of, and binding to, specific ligands. While our understanding of the ligand-bound structure of the aptamer domain of the adenine riboswitches is based on crystal structure data and is well characterized, understanding of the structure and dynamics of the ligand-free aptamer is limited to indirect inferences from physicochemical probing experiments. Here we report the results of 15-nsec-long explicit-solvent molecular dynamics simulations of the add A-riboswitch crystal structure (1Y26), both in the adenine-bound (CLOSED) state and in the adenine-free (OPEN) state. Root-mean-square deviation, root-mean-square fluctuation, dynamic cross-correlation, and backbone torsion angle analyses are carried out on the two trajectories. These, along with solvent accessible surface area analysis of the two average structures, are benchmarked against available experimental data and are shown to constitute the basis for obtaining reliable insights into the molecular level details of the binding and switching mechanism. Our analysis reveals the interaction network responsible for, and conformational changes associated with, the communication between the binding pocket and the expression platform. It further highlights the significance of a, hitherto unreported, noncanonical W:H trans base pairing between A73 and A24, in the OPEN state, and also helps us to propose a possibly crucial role of U51 in the context of ligand binding and ligand discrimination.