ניתוח ובניית מבני חומצות גרעין עם 3DNA

Summary

חבילת תוכנת 3DNA היא כלי פופולרי ביואינפורמטיקה ותכליתית עם יכולות לנתח, לבנות, ולדמיין מבני חומצות גרעין תלת ממדיים. מאמר זה מציג פרוטוקולים מפורטים לקבוצת משנה של תכונות חדשות והפופולריות זמינות ב3DNA, החלים על שני מבנים והרכבים של מבנים הקשורים בודדים.

Abstract

חבילת תוכנת 3DNA היא כלי פופולרי ביואינפורמטיקה ותכליתית עם יכולות לנתח, לבנות, ולדמיין מבני חומצות גרעין תלת ממדיים. מאמר זה מציג פרוטוקולים מפורטים לקבוצת משנה של תכונות חדשות והפופולריות זמינות ב3DNA, החלים על שני מבנים והרכבים של מבנים הקשורים בודדים. 1 פרוטוקול מפרט את הסט של הוראות הדרושות כדי להוריד ולהתקין את התוכנה. זה ואחריו, בפרוטוקול 2, על ידי הניתוח של מבנה חומצת גרעין, ובכלל זה את ההקצאה של זוגות בסיסים וקביעת פרמטרים נוקשי גוף המתארים את המבנה ואת, בפרוטוקול 3, על ידי תיאור של הבנייה מחדש של אטומי מודל של מבנה מהפרמטרים נוקשה הגוף שלה. הגרסה העדכנית ביותר של 3DNA, גרסת 2.1, יש לו תכונות חדשות לניתוח והמניפולציה של הרכבים של מבנים, כגון אלה המשתמעים מתהודה גרעינית (NMR) מדידות מגנטיות ו( MD הדינמי המולקולריסימולציות); תכונות אלה מוצגות בפרוטוקולי 4 ו -5. בנוסף לחבילת התוכנה העצמאית 3DNA, שרת האינטרנט w3DNA, הממוקם בhttp://w3dna.rutgers.edu, מספק ממשק ידידותי למשתמש לתכונות נבחרות של התוכנה. 6 פרוטוקול מדגים תכונה חדשנית של האתר לבניית מודלים של מולקולות דנ"א ארוכות מעוטרות בחלבונים מאוגדים במקומות משתמש שצוינו.

Introduction

הבנת המבנים תלת ממדיים של ה-DNA, RNA, והקומפלקסים שלהם עם חלבונים, סמים, וligands אחר, היא חיונית לפענוח התפקודים הביולוגיים השונים שלהם, ועל שאפשרה תכנון רציונלים של תרופות. חקירה של מבנים כאלה כרוך בשלושה מרכיבים נפרדים, אך קשורים באופן הדוק: ניתוח (כדי לחלץ דפוסים בצורות ובאינטראקציות), מודלים (כדי להעריך את האנרגטיקה ודינמיקה מולקולרית), והדמיה. ניתוח מבני ובניית מודל הם בעצם שני צדדים של אותו מטבע, ויזואליזציה משלימה את שניהם.

חבילת 3DNA של תוכנות מחשב היא ערכת כלים מבניות ביואינפורמטיקה פופולרית יותר ויותר עם יכולות לנתח, לבנות, ולדמיין מבני חומצות גרעין תלת ממדיים. פרסומים קודמים תאר את היכולות של תוכנת ^1, ובלבד מתכונים לבצע משימות נבחרות ^2, הציג את הממשק מבוסס אינטרנטלתכונות פופולריות של התוכנה ^3, מסדי נתונים שהוצגו בתכונות מבניות נאספו באמצעות ^{4 3DNA, 5} ואייר את התועלת של התוכנה בניתוח של שני מבני RNA-DNA ^{ו6, 7.}

מטרתו של מאמר זה היא להביא את ערכת תוכנת 3DNA למדענים במעבדה ואחרים בעלי אינטרסים ו / או צרכי לחקור DNA וארגון המרחבי RNA עם כלים חישוביים מדינה-of-the-art. הפרוטוקולים שהוצגו כאן כוללים הוראות שלב אחרת שלב (i) כדי להוריד ולהתקין את התוכנה במערכת Mac OS X, (II-III) כדי לנתח ולשנות את מבני ה-DNA ברמה של הצעדים של זוגות בסיסים המרכיבים, ( IV-V) כדי לנתח וליישר סטים של מבני DNA קשורים, ו( vi) כדי לבנות מודלים של רשתות ה-DNA חלבון מעוטרים בממשק האינטרנט w3DNA ידידותי למשתמש. יש תוכנה את היכולת לנתח מבנים בודדים לפתור באמצעות שיטות קריסטלוגרפיים רנטגן כמו גם גדולהרכבים של מבנים שנקבעו עם תהודה (NMR) שיטות מגנטיות גרעיניות או שנוצרו על ידי טכניקות מחשב סימולציה.

המבנים בדקו כאן כוללים (i) את מבנה הגביש ברזולוציה גבוהה של ה-DNA חייב חלבון Hbb מBorrelia burgdorferi ⁸ (חיידק סמן הנישא שגורם למחלת ליים ^ב9 בני ^{אדם, 10),} (ii) שתי קבוצות גדולות של רצף מולקולות ה-DNA הקשורים מיוצרות עם סימולציות מולקולריות ¹¹ – 4,500 תצלומים של D (GGCAAAATTTTGCC) ₂ ו-D (CCGTTTTAAAACGG) ₂ נאספו במרווחים של 100-psec בחישובים, וכן (iii) אנסמבל קטן של מבנים של מפעיל ה-DNA O3 מבוססי תמ"ג חייבים את headpieces של Escherichia coli לאק repressor החלבון ^12. ההוראות שלהלן כוללות מידע על איך לגשת לקבצים של קואורדינטות אטומיות הקשורים כמו גם עם כל אחד מהמבנים האלה איך להשתמש 3DNA (עותק של קובץ זה נמצאבפורום 3DNA בhttp://forum.x3dna.org/jove) כדי לבחון ולשנות את המבנים האלה.

Protocol

1. התקנה של חבילת התוכנה להתחבר לאתר 3DNA בhttp://x3dna.org ולחץ על הקישור לפורום 3DNA. בתוך הפורום בחר בקישור 'הירשם', ועקוב אחר ההוראות כדי ליצור חשבון חדש. ההתקנה הבאה הור…

Representative Results

כלי תוכנת 3DNA משמשים באופן שגרתי לניתוח מבני חומצות גרעין. לדוגמה, את זהותם של זוגות בסיסים והפרמטרים נוקשים הגוף המאפיינים את ההסדרים של בסיסים שבברי סליל כפול של ה-DNA ומבני RNA מחושבים באופן אוטומטי ונשמרות עבור כל ערך חדש במאגר חומצות גרעין 22, מאגר עולמי של מידע…

Discussion

הקבוצה של פרוטוקולים שהוצגו במאמר זה נגע רק על היכולות של חבילת 3DNA של תוכניות. ניתן ליישם את הכלים RNA מבנים לזהות זוגות בסיסים שאינם קנוניים, על מנת לקבוע את ההקשרים המבניים משניים שבזיווג כזה מתרחש, לכמת את הנטייה שברי מרחבי של סליל, כדי למדוד את החפיפה של בסיסים לאור?…