DNA-RNAハイブリッドデュプレックスの構造的柔軟性：ストレッチとツイストストレッチカップリング

DNA-RNAハイブリッド（DRH）二重鎖は、DNAの複製とRNAウイルスの逆転写中に重要な役割を果たし、その柔軟性は生物学的機能にとって重要です。最近の実験では、A-form RNAとB-form DNAはストレッチングとツイストストレッチカップリングに著しく異なる柔軟性があり、DRHデュプレックスの構造的柔軟性は、特にストレッチングとツイストストレッチカップリングに非常に興味深いものであることが示されました。この作業では、ストレッチングとツイストストレッチカップリングにおけるDRHデュプレックスの構造的柔軟性を特徴付けるために、新しいアンバーフォースフィールドを使用してマイクロ秒の全原子分子動力学シミュレーションを実行しました。DRHデュプレックスのすべてのらせんパラメーター、ストレッチ弾性率、およびツイストストレッチカップリングパラメーターを計算しました。まず、構造に関する分析は、DRHデュプレックスがA-formとB-formの間に中間立体構造を示し、A型に近いことを示唆しています。これは、DNA鎖よりもRNA鎖のより強い剛性に起因する可能性があります。第二に、我々の計算は、DRHデュプレックスが834±34 PNのストレッチモジュラスと非常に弱いツイストストレッチカップリングを持っていることを示しています。私たちの定量分析は、DNAおよびRNAデュプレックスと比較して、ストレッチングとツイストストレッチカップリングにおけるDRH二重鎖の異なる柔軟性が、主にヘリカル構造における明らかに異なるベースペアの傾向に起因することを示しています。

DNA-RNA hybrid (DRH) duplexes play essential roles during the replication of DNA and the reverse transcription of RNA viruses, and their flexibility is important for their biological functions. Recent experiments indicated that A-form RNA and B-form DNA have a strikingly different flexibility in stretching and twist-stretch coupling, and the structural flexibility of DRH duplex is of great interest, especially in stretching and twist-stretch coupling. In this work, we performed microsecond all-atom molecular dynamics simulations with new AMBER force fields to characterize the structural flexibility of DRH duplex in stretching and twist-stretch coupling. We have calculated all the helical parameters, stretch modulus, and twist-stretch coupling parameters for the DRH duplex. First, our analyses on structure suggest that the DRH duplex exhibits an intermediate conformation between A- and B-forms and closer to A-form, which can be attributed to the stronger rigidity of the RNA strand than the DNA strand. Second, our calculations show that the DRH duplex has the stretch modulus of 834 ± 34 pN and a very weak twist-stretch coupling. Our quantitative analyses indicate that, compared with DNA and RNA duplexes, the different flexibility of the DRH duplex in stretching and twist-stretch coupling is mainly attributed to its apparently different basepair inclination in the helical structure.