3DNA ile Nükleik Asit Yapıları analiz ve Yapı
Summary
3DNA yazılım paketi, analiz inşa ve üç boyutlu nükleik asit yapıları görselleştirmek için yetenekleri ile popüler ve çok yönlü biyoinformatik bir araçtır. Bu makale bireysel yapıları ve ilgili yapıların toplulukları hem de uygulanabilir 3DNA mevcut yeni ve popüler özellikler, bir alt kümesi için ayrıntılı protokoller sunar.
Abstract
3DNA yazılım paketi, analiz inşa ve üç boyutlu nükleik asit yapıları görselleştirmek için yetenekleri ile popüler ve çok yönlü biyoinformatik bir araçtır. Bu makale bireysel yapıları ve ilgili yapıların toplulukları hem de uygulanabilir 3DNA mevcut yeni ve popüler özellikler, bir alt kümesi için ayrıntılı protokoller sunar. Protokol 1 yazılımı indirmek ve kurmak için gerekli talimatları kümesini listeler. Bu baz çifti atama ve yapısını açıklamak katı cisim parametrelerin belirlenmesi de dahil olmak üzere bir nükleik asit yapısı, analiz edilmesi ile Protokol 2, olarak, takip ve Protokol 3, bir atom yeniden inşası bir açıklaması olduğunu onun katı cisim parametreleri bir yapı modeli. 3DNA, sürüm 2.1, en son sürümünü, nükleer manyetik rezonans (NMR) ölçümleri ve moleküler dinamik (MD çıkarılabilir gibi yapıların topluluklarından analiz ve manipülasyon için yeni özellikler vardır) Simülasyonları, bu özelliklere Protokoller 4 ve 5'te yer almaktadır. 3DNA tek başına yazılım paketi ek olarak, bulunan w3DNA web sunucusu, http://w3dna.rutgers.edu , yazılımın seçilen özellikleri kullanıcı dostu bir arayüz sağlar. Protokol 6 kullanıcı tarafından belirlenen yerlerde bağlı proteinler ile dekore uzun DNA moleküllerinin modelleri oluşturmak için sitenin bir roman özelliği göstermektedir.
Introduction
DNA, RNA ve proteinler, ilaçlar, ve diğer ligandlar ile kompleksleri, üç boyutlu yapıları anlamak onların çeşitli biyolojik fonksiyonları deşifre için çok önemlidir ve tedavi rasyonel tasarım izin verdiği için. Analizi (şekil ve etkileşim desenleri ayıklamak için), modelleme (enerji bilimi ve moleküler dinamik değerlendirmek için), ve görselleştirme: bu yapıların keşif üç ayrı, ama yakından ilişkili bileşenleri gerektirir. Yapısal analiz ve model oluşturma aynı madalyonun aslında iki yüzü ve görselleştirme her ikisi de tamamlar.
Bilgisayar programlarının 3DNA paketi üç boyutlu nükleik asit yapıları, analiz inşa ve görselleştirmek için yetenekleri ile giderek daha popüler bir yapısal biyoinformatik aracıdır. Önceki yayınlar tarifleri seçilen görevleri 2 gerçekleştirmek için sağlanan yazılım 1, özelliklerini ana hatlarıyla, web tabanlı bir arayüz tanıttıYazılımın 3 popüler özellikleri, yapısal özellikleri sunulan veritabanları kullanılarak toplanmıştır 3DNA 4, 5 ve DNA ve RNA yapıları 6, 7 iki analizinde yazılım programı resimli.
Bu makalenin amacı DNA ve state-of-the-art hesaplama araçları ile RNA mekansal organizasyon araştırmak için ilgi ve / veya ihtiyaçları olan laboratuvar bilim adamları ve başkalarına 3DNA yazılım kiti getirmektir. Burada sunulan protokolleri adım adım talimatlar (i) bir Mac OS X sistem yazılımı indirmek ve yüklemek için, (ii-iii) kurucu baz çifti adımları, düzeyinde DNA yapılarını analiz etmek ve değiştirmek için (dahil iv-v) analiz ve ilgili DNA yapılarının setleri hizalamak, ve (vi) kullanıcı dostu w3DNA web arayüzü ile protein dekore edilmiş DNA zincirleri modelleri oluşturmak için için. Yazılım bireysel yapıları yanı sıra büyük X-ışını kristalografik yöntemlerle çözülmesi analiz yeteneğine sahiptirnükleer manyetik rezonans (NMR) yöntemleri ile veya bilgisayar simülasyonu teknikleri ile üretilen yapıların toplulukları.
Yapılar (i) Borrelia burgdorferi 8 (insan 9, 10 Lyme hastalığı neden olduğu kene kaynaklı bakteri), (ii) den Hbb proteine bağlı DNA yüksek çözünürlüklü kristal yapı içerir Burada sırayla iki büyük setleri incelenmiştir d 4.500 anlık (GGCAAAATTTTGCC) 2 ve d (CCGTTTTAAAACGG) 2 hesaplamalar sırasında 100-İcra Komitesinin artışlarla toplanan ve O3 DNA operatörün NMR tabanlı yapıların (iii) küçük bir topluluk – moleküler simülasyonları 11 ile üretilen ilgili DNA molekülleri Escherichia coli Lac repressör protein 12 başlık parçaları bağlı. Aşağıdaki talimatlar bu yapıların her biri ile hem de nasıl 3DNA (bu dosyanın bir kopyasını bulunursa kullanmak ilişkili atomik koordinatları dosyalara erişmek için hakkında bilgi içerirde 3DNA forumda http://forum.x3dna.org/jove ) bu yapıların incelemek ve değiştirmek için.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede sunulan protokoller kümesi sadece programların 3DNA paketinin yeteneklerini değinmek. Bu araçlar, vb gibi eşleştirme ortaya çıktığı, ikincil yapı bağlamında belirlemek için sarmal parçaları mekansal eğilim ölçmek için, zincir omurgası boyunca bazlar örtüşme ölçmek için, kurallı olmayan baz çifti tespit etmek yapıları RNA uygulanabilir Yeniden oluşturma komut, kullanıcının 1 Şekil ilave göründüğü üsleri ve baz çifti basit ve bilgilendirici blok gös…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz moleküler dinamik simülasyonları üretilen DNA çift sarmal koordinatları paylaşımı için Jiří Sponer minnettarız. Ayrıca bu yapıların indirme yardım için Nada Spackova kabul. USPHS Araştırma Fonları ile bu işin destek GM34809 ve GM096889 minnetle kabul edilmektedir.
Referências
- Lu, X. -. J., Olson, W. K. 3DNA: a software package for the analysis, rebuilding, and visualization of three-dimensional nucleic acid structures. Nucleic Acids Res. 31, 5108-5121 (2003).
- Lu, X. -. J., Olson, W. K. 3DNA: a versatile, integrated software system for the analysis, rebuilding, and visualization of three-dimensional nucleic-acid structures. Nature Protocols. 3, 1213-1227 (2008).
- Zheng, G., Lu, X. -. J., Olson, W. K. Web 3DNA-a web server for the analysis, reconstruction, and visualization of three-dimensional nucleic-acid structures. Nucleic Acids. Res. 37, W240-W246 (2009).
- Xin, Y., Olson, W. K. BPS: a database of RNA base-pair structures. Nucleic Acids Res. 37, D83-D88 (2009).
- Zheng, G., Colasanti, A. V., Lu, X. -. J., Olson, W. K. 3DNALandscapes: a database for exploring the conformational features of DNA. Nucleic Acids Res. 38, 267-274 (2010).
- Tolstorukov, M. Y., Colasanti, A. V., McCandlish, D., Olson, W. K., Zhurkin, V. B. A novel ‘roll-and-slide’ mechanism of DNA folding in chromatin. Implications for nucleosome positioning. J. Mol. Biol. 371, 725-738 (2007).
- Lu, X. -. J., Olson, W. K., Bussemaker, H. J. The RNA backbone plays a crucial role in mediating the intrinsic stability of the GpU dinucleotide platform and the GpUpA/GpA miniduplex. Nucleic Acids Res. 38, 4868-4876 (2010).
- Mouw, K. W., Rice, P. A. Shaping the Borrelia burgdorferi genome: crystal structure and binding properties of the DNA-bending protein Hbb. Mol. Microbiol. 63, 1319-1339 (2007).
- Burgdorfer, W., Barbour, A. G., Hayes, S. F., Benach, J. L., Grunwaldt, E., Davis, J. P. Lyme disease-a tick-borne spirochetosis?. Science. 216, 1317-1319 (1982).
- Benach, J. L., Bosler, E. M., Hanrahan, J. P., Coleman, J. L., Habicht, G. S., Bast, T. F., Cameron, D. J., Ziegler, J. L., Barbour, A. G. Spirochetes isolated from the blood of two patients with Lyme disease. N. Engl. J. Med. 308, 740-742 (1983).
- Lankaš, F., Špačková, N., Moakher, M., Enkhbayar, P., Šponer, J. A measure of bending in nucleic acids structures applied to A-tract DNA. Nucleic Acids Res. 38, 3414-3422 (2010).
- Romanuka, J., Folkers, G. E., Biris, N., Tishchenko, E., Wienk, H., Bonvin, A. M. J. J., Kaptein, R., Boelens, R. Specificity and affinity of Lac repressor for the auxiliary operators O2 and O3 are explained by the structures of their protein-DNA complexes. J. Mol. Biol. 390, 478-489 (2009).
- Berman, H. M., Westbrook, J., Feng, Z., Gilliland, G., Weissig, H., Shindyalov, I. N., Bourne, P. E. The Protein Data Bank. Nucleic Acids. Res. 28, 235-242 (2000).
- Joint, I. U. P. A. C. -. I. U. B. Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) Abbreviations and symbols for the description of conformations of polynucleotide chains. Eur. J. Biochem. 131, 9-15 (1983).
- Altona, C., Sundaralingam, M. Conformational analysis of the sugar ring in nucleosides and nucleotides. A new description using the concept of pseudorotation. J. Am. Chem. Soc. 94, 8205-8212 (1972).
- Dickerson, R. E., Bansal, M., Calladine, C. R., Diekmann, S., Hunter, W. N., Kennard, O., von Kitzing, E., Lavery, R., Nelson, H. C. M., Olson, W. K., et al. Definitions and nomenclature of nucleic acid structure parameters. J. Mol. Biol. 205, 787-791 (1989).
- Olson, W. K., Bansal, M., Burley, S. K., Dickerson, R. E., Gerstein, M., Harvey, S. C., Heinemann, U., Lu, X. -. J., Neidle, S., Shakked, Z., et al. A standard reference frame for the description of nucleic acid base-pair geometry. J. Mol. Biol. 313, 229-237 (2001).
- Lavery, R., Moakher, M., Maddocks, J. H., Petkeviciute, D., Zakrzewska, K. Conformational analysis of nucleic acids revisited: Curves+. Nucleic Acids Res. 37, 5917-5929 (2009).
- Franklin, R. E., Gosling, R. G. Molecular configuration in sodium thymonucleate. Nature. 171, 740-741 (1953).
- Watson, J. D., Crick, F. H. C. Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature. 171, 964-967 (1953).
- Marvin, D. A., Spencer, M., Wilkins, M. H. F., Hamilton, L. D. A new configuration of deoxyribonucleic acid. Nature. 182, 387-388 (1958).
- Berman, H. M., Olson, W. K., Beveridge, D. L., Westbrook, J., Gelbin, A., Demeny, T., Hsieh, S. -. H., Srinivasan, A. R., Schneider, B. The Nucleic Acid Database: a comprehensive relational database of three-dimensional structures of nucleic acids. Biophys. J. 63, 751-759 (1992).
- Stella, S., Cascio, D., Johnson, R. C. The shape of the DNA minor groove directs binding by the DNA-bending protein Fis. Genes Dev. 24, 814-826 (2010).
- Swigon, D., Coleman, B. D., Olson, W. K. Modeling the Lac repressor-operator assembly: the influence of DNA looping on Lac repressor conformation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 9879-9884 (2006).
- Czapla, L., Swigon, D., Olson, W. K. Effects of the nucleoid protein HU on the structure, flexibility, and ring-closure properties of DNA deduced from Monte-Carlo simulations. J. Mol. Biol. 382, 353-370 (2008).
- Czapla, L., Peters, J. P., Rueter, E. M., Olson, W. K., Maher, L. J. Understanding apparent DNA flexibility enhancement by HU and HMGB proteins: experiment and simulation. J. Mol. Biol. 409, 278-289 (2011).
- Auffinger, P., Hashem, Y. SwS: a solvation web service for nucleic acids. Bioinformatics. 23, 1035-1037 (2007).
- Dror, O., Nussinov, R., Wolfson, H. J. The ARTS web server for aligning RNA tertiary structures. Nucleic Acids Res. 34, 412-415 (2006).
- Dixit, S. B., Beveridge, D. L. Structural bioinformatics of DNA: a web-based tool for the analysis of molecular dynamics results and structure prediction. Bioinformatics. 22, 1007-1009 (2006).
- de Vries, S. J., van Dijk, M., Bonvin, A. M. The HADDOCK web server for data-driven biomolecular docking. Nat. Protoc. 5, 883-897 (2010).
- Capriotti, E., Marti-Renom, M. A. SARA: a server for function annotation of RNA structures. Nucleic Acids Res. 37, 260-265 (2009).
- van Dijk, M., Bonvin, A. M. 3D-DART: a DNA structure modelling server. Nucleic Acids Res. 37, W235-W239 (2009).
- Contreras-Moreira, B. 3D-footprint: a database for the structural analysis of protein-DNA complexes. Nucleic Acids Res. 38, D91-D97 (2010).
- Popenda, M., Szachniuk, M., Blazewicz, M., Wasik, S., Burke, E. K., Blazewicz, J., Adamiak, R. W. RNA FRABASE 2.0: an advanced web-accessible database with the capacity to search the three-dimensional fragments within RNA structures. BMC Bioinformatics. 11, 231 (2010).
- Čech, P., Svozil, D., Hoksza, D. SETTER: web server for RNA structure comparison. Nucleic Acids Res. , (2012).
