バインディングサイトの柔軟性がTBRGG2 RRMによるRNAスキャンをどのように促進するか：分子動力学シミュレーション研究

RNA認識モチーフ（RRMS）は、主に一本鎖RNAを結合するタンパク質の重要なクラスです。この研究では、標準的な原子分子動力学シミュレーションを適用して、最近開発されたOL3-STAFIXアンバーフォースフィールドを使用して、ウリジンが豊富なRNAとTBRGG2 RRMの間の複雑な結合ダイナミクスに関する洞察を得て、一本鎖RNA分子の説明を改善します。単一のウリジン結合を使用して一次結合モードを明らかにする構造実験を補完するシミュレーションは、隣接するヌクレオチドが結合ポケットに侵入する2つの補足結合モードを発見します。これは、TBRGG2 RRMがUリッチシーケンスを迅速に移行できるユニークな分子メカニズムにつながります。対照的に、非ネイティブサイトジンの存在は、複合体の失速と不安定化を誘発します。広範な平衡力学と多種多様な結合状態を活用することにより、TBRGG2 RRMはRNA基質に沿って拡散を効果的に促進し、孤立した結合ポケットを特徴としているにもかかわらず、Uリッチ配列の堅牢な選択性を確保します。さらに、TBRGG2 RRMに対するUリッチシーケンスの完全な自発的な関連プロセスをシミュレートすることにより、複雑なダイナミクスの説明を実証します。私たちの研究は、RNA結合タンパク質によって使用される界面ダイナミクスにおけるダイナミクスと補助結合状態の重要な役割を強調しています。これは、従来の構造研究では容易には明らかではありませんが、多くのRNA結合タンパク質によって使用される一般的なタイプの結合戦略を表す可能性があります。

RNA recognition motifs (RRMs) are a key class of proteins that primarily bind single-stranded RNAs. In this study, we applied standard atomistic molecular dynamics simulations to obtain insights into the intricate binding dynamics between uridine-rich RNAs and TbRGG2 RRM using the recently developed OL3-Stafix AMBER force field, which improves the description of single-stranded RNA molecules. Complementing structural experiments that unveil a primary binding mode with a single uridine bound, our simulations uncover two supplementary binding modes in which adjacent nucleotides encroach upon the binding pocket. This leads to a unique molecular mechanism through which the TbRGG2 RRM is capable of rapidly transitioning the U-rich sequence. In contrast, the presence of non-native cytidines induces stalling and destabilization of the complex. By leveraging extensive equilibrium dynamics and a large variety of binding states, TbRGG2 RRM effectively expedites diffusion along the RNA substrate while ensuring robust selectivity for U-rich sequences despite featuring a solitary binding pocket. We further substantiate our description of the complex dynamics by simulating the fully spontaneous association process of U-rich sequences to the TbRGG2 RRM. Our study highlights the critical role of dynamics and auxiliary binding states in interface dynamics employed by RNA-binding proteins, which is not readily apparent in traditional structural studies but could represent a general type of binding strategy employed by many RNA-binding proteins.