ディッカーソンドデカマーの構造、剛性、および物質

Dickerson-Drew Dodecamer（DD）D- [CGCGAATTCGCG] 2は、多くの実験的および計算研究によって配列固有の構造とダイナミクスが調査されているプロトタイプのB-DNA分子です。ここでは、さまざまなイオン条件と水モデルを使用した広範な原子力分子動力学（MD）シミュレーションに基づいたDD特性の分析を提示します。0.6-2.4 µsの長さのMD軌跡は、最新の結晶学およびNMRデータと比較されます。シミュレーションでは、二重端がオリゴマーの構造に影響を与える代替の基本ペアリングを採用することができます。Bi/Bii骨格物質とベースペアステップコンフォメーションとの間の明確な関係が特定されており、以前の所見を拡張し、ヘリックスの興味深い構造多型を暴露しています。特定の最終ペアリングでは、ベースペアステップ座標の分布は、Bi/Bii骨格状態に関連するガウス様コンポーネントに分解できます。DDの剛性ベースの機械モデルの非ローカル剛性マトリックスが初めて報告されており、中央のA抵抗性の顕著な剛性の特徴を示唆しています。Riemann距離とKullback-Leiblerの発散は、剛性マトリックスの比較に使用されます。基本的な構造パラメーターは300 ns以内に非常によく収束し、Bi/bii集団の収束と剛性マトリックスはそれほどシャープではありません。私たちの研究では、DD構造のダイナミクス、機械的特性、および統計的信頼性を含むバックボーン構成とバックボーン構成の間の結合に関する新しい発見を示しています。結果は、DNAの将来の力場を最適化するのにも役立つ場合があります。

The Dickerson-Drew dodecamer (DD) d-[CGCGAATTCGCG]2 is a prototypic B-DNA molecule whose sequence-specific structure and dynamics have been investigated by many experimental and computational studies. Here, we present an analysis of DD properties based on extensive atomistic molecular dynamics (MD) simulations using different ionic conditions and water models. The 0.6-2.4-µs-long MD trajectories are compared to modern crystallographic and NMR data. In the simulations, the duplex ends can adopt an alternative base-pairing, which influences the oligomer structure. A clear relationship between the BI/BII backbone substates and the basepair step conformation has been identified, extending previous findings and exposing an interesting structural polymorphism in the helix. For a given end pairing, distributions of the basepair step coordinates can be decomposed into Gaussian-like components associated with the BI/BII backbone states. The nonlocal stiffness matrices for a rigid-base mechanical model of DD are reported for the first time, suggesting salient stiffness features of the central A-tract. The Riemann distance and Kullback-Leibler divergence are used for stiffness matrix comparison. The basic structural parameters converge very well within 300 ns, convergence of the BI/BII populations and stiffness matrices is less sharp. Our work presents new findings about the DD structural dynamics, mechanical properties, and the coupling between basepair and backbone configurations, including their statistical reliability. The results may also be useful for optimizing future force fields for DNA.