DNAにおけるワトソンクリックとフーグスティーンベースのペアリング相互変換の錬金術のフリーエネルギー計算

Hoogsteen（Hg）塩基対は一時的な性質を持ち、ワトソンクリック（WC）塩基対に構造的に類似している可能性があり、その発生と熱力学的安定性を実験的に決定することを困難にします。本明細書では、抑制なしのエネルギー摂動リリース（R-FEP-R）メソッドを採用して、分離および結合DNAシステムにおけるWCおよびHg塩基対の相対エネルギーを計算し、プリンのグリコシルねじれの立体構造優先を予測するベース。特に、この方法では、2つの端状態間の遷移経路の事前知識は必要ありません。驚くべきことに、比較的速い収束に到達し、調査したすべてのDNAシステムの実験データと非常に一致しました。R-REP-R法は、Hg塩基対の安定性と、より一般的には、これらのシステムでのプリン塩基の立体構造優先を正常に決定しました。したがって、この計算アプローチは、DNAのWCとHgベースペアリングモードの動的平衡を理解するのに役立ちます。

Hoogsteen (HG) base pairs have a transient nature and can be structurally similar to Watson-Crick (WC) base pairs, making their occurrence and thermodynamic stability difficult to determine experimentally. Herein, we employed the restrain-free-energy perturbation-release (R-FEP-R) method to calculate the relative free energy of the WC and HG base pairing modes in isolated and bound DNA systems and predict the glycosyl torsion conformational preference of purine bases. Notably, this method does not require prior knowledge of the transition pathway between the two end states. Remarkably, relatively fast convergence was reached, with results in excellent agreement with experimental data for all the examined DNA systems. The R-REP-R method successfully determined the stability of HG base pairing and more generally, the conformational preference of purine bases, in these systems. Therefore, this computational approach can help to understand the dynamic equilibrium between the WC and HG base pairing modes in DNA.