DNAに対する二価マグネシウムイオンの影響：分子動力学シミュレーション研究

DNA二重らせんの構造と安定性に対するマグネシウムイオンの効果に関する大量の実験的証拠が利用可能です。しかし、これらのイオンが分子の安定性とダイナミクスにどのように影響するかについてはあまり知られていません。X線構造からの静的時間平均写真または量子化学エネルギー最小化構造は、動的なDNAイオン相互作用の理解を欠いています。現在の研究では、2つのDNA二重鎖に関する分子動力学シミュレーション研究とマグネシウムイオンとの相互作用によるこれらの質問に対処しています。結果は、逸脱した状態に対する時折の遠足を伴う典型的なB-DNA特性を示しています。charmm-27力場によるバックボーン立体構造と塩基対パラメーターの観点から、二重鎖の予想される安定性を検出しました。イオン環境分析によると、mg²⁺は、マイナーよりも主要な溝を好むように、シミュレーション全体に配位分野を保持していることが示されています。mg²⁺イオンの影響の広範な分析は、双子症の金属イオンによる溝幅狭窄の一般的な予測の証拠を示していません。主要な溝原子は、マグネシウムのマイナー溝と比較して、より高い占有時間と滞留時間を示しています。DNA結合部位におけるmg²⁺イオンの選択の決定因子は、より広いメジャーグルーブが好みを得るかさばる六水陽イオンが直面する立体障害として進化します。Mg²⁺がDNAに結合した場合、非静電貢献が大きな役割を果たすことを示しました。アニメーション化されたインタラクティブ3D補完（I3DC）は、Proteopediaでhttp://proteopedia.org/w/journal:jbsd:5で入手できます。

A large amount of experimental evidence is available on the effect of magnesium ions on the structure and stability of DNA double helix. Less is known, however, on how these ions affect the stability and dynamics of the molecule. The static time average pictures from X-ray structures or the quantum chemical energy minimized structures lack understanding of the dynamic DNA-ion interaction. The present work addresses these questions by molecular dynamics simulation studies on two DNA duplexes and their interaction with magnesium ions. Results show typical B-DNA character with occasional excursions to deviated states. We detected expected stability of the duplexes in terms of backbone conformations and base pair parameter by the CHARMM-27 force field. Ion environment analysis shows that Mg²⁺ retains the coordination sphere throughout the simulation with a preference for major groove over minor. An extensive analysis of the influence of the Mg²⁺ ion shows no evidence of the popular predictions of groove width narrowing by dipositive metal ion. The major groove atoms show higher occupancy and residence time compared to minor groove for magnesium, where no such distinction is found for the charge neutralizing Na⁺ ions. The determining factor of Mg²⁺ ion's choice in DNA binding site evolves as the steric hindrance faced by the bulky hexahydrated cation where wider major groove gets the preference. We have shown that in case of binding of Mg²⁺ to DNA non electrostatic contributions play a major role. An animated Interactive 3D Complement (I3DC) is available in Proteopedia at http://proteopedia.org/w/Journal:JBSD:5.