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Analyzing and Building Nucleic Acid Structures with 3DNA

The 3DNA software package is a popular and versatile bioinformatics tool with capabilities to analyze, construct, and visualize three-dimensional nucleic ...

Rutgers - The State University of New Jersey

How eukaryotic genomes encode the folding of DNA into nucleosomes and how this intrinsic organization of chromatin guides biological function are questions of wide interest. The physical basis of nucleosome positioning lies in the sequence-dependent propensity of DNA to adopt the tightly bent configuration imposed by the binding of the histone proteins. Traditionally, only DNA bending and twisting deformations are considered, while the effects of the lateral displacements of adjacent base pairs are neglected. We demonstrate, however, that these displacements have a much more important structural role than ever imagined. Specifically, the lateral Slide deformations observed at sites of local anisotropic bending of DNA define its superhelical trajectory in chromatin. Furthermore, the computed cost of deforming DNA on the nucleosome is sequence-specific: in optimally positioned sequences the most easily deformed base-pair steps (CA:TG and TA) occur at sites of large positive Slide and negative Roll (where the DNA bends into the minor groove). These conclusions rest upon a treatment of DNA that goes beyond the conventional ribbon model, incorporating all essential degrees of freedom of "real" duplexes in the estimation of DNA deformation energies. Indeed, only after lateral Slide displacements are considered are we able to account for the sequence-specific folding of DNA found in nucleosome structures. The close correspondence between the predicted and observed nucleosome locations demonstrates the potential advantage of our "structural" approach in the computer mapping of nucleosome positioning.

A novel roll-and-slide mechanism of DNA folding in chromatin: implications for nucleosome positioning.

Comment les g&eacute;nomes eucaryotes encoder le pliage d&#39;ADN dans des nucl&eacute;osomes et comment cette organisation intrins&egrave;que de la chromatine Guide fonction biologique sont des questions de grand int&eacute;r&ecirc;t. La base physique de positionnement des nucl&eacute;osomes r&eacute;side dans la propension de la s&eacute;quence d&eacute;pendante de l&#39;ADN d&#39;adopter la configuration &eacute;troitement pli&eacute;e impos&eacute;e par la liaison des prot&eacute;ines histones. Traditionnellement, seulement les ADN de flexion et de torsion d&eacute;formations sont consid&eacute;r&eacute;e, alors que les effets des d&eacute;placements lat&eacute;raux des paires de bases adjacentes sont n&eacute;glig&eacute;s. Nous d&eacute;montrons, toutefois, que ces d&eacute;placements ont un r&ocirc;le structural beaucoup plus important que jamais imagin&eacute;. Plus pr&eacute;cis&eacute;ment, les d&eacute;formations de glissi&egrave;re lat&eacute;rales observ&eacute;es sur les sites de la flexion du local anisotrope d&#39;ADN d&eacute;finissent sa trajectoire superhelical dans la chromatine. En outre, le co&ucirc;t calcul&eacute; de d&eacute;former l&#39;ADN sur le nucl&eacute;osome est s&eacute;quence-sp&eacute;cifique : s&eacute;quences positionn&eacute;s de fa&ccedil;on optimale les &eacute;tapes plus facilement d&eacute;form&eacute;s de paires de bases (CA:TG et TA) se produisent sur les sites du grand positif glisser et n&eacute;gatif Roll (o&ugrave; l&#39;ADN se plie dans la rainure du mineure). Ces conclusions reposent sur un traitement de l&#39;ADN qui va au-del&agrave; du mod&egrave;le traditionnel ruban, incorporant tous les degr&eacute;s de libert&eacute; essentielles du &laquo; vrai &raquo; duplex dans l&#39;estimation des &eacute;nergies de d&eacute;formation de l&#39;ADN. En effet, qu&#39;apr&egrave;s que les d&eacute;placements lat&eacute;raux de diapositive sont consid&eacute;r&eacute;s comme sommes-nous capables d&#39;expliquer le pliage de s&eacute;quence sp&eacute;cifique d&#39;ADN trouv&eacute; dans les structures du nucl&eacute;osome. L&#39;&eacute;troite correspondance entre les emplacements de nucl&eacute;osomes pr&eacute;dites et observ&eacute;es montre l&#39;avantage potentiel de notre approche &laquo; structurel &raquo; dans le mappage de l&#39;ordinateur du positionnement des nucl&eacute;osomes.

Un nouveau m&eacute;canisme de rouleau-glisser de l&#39;ADN de pliage dans la chromatine : implications pour le positionnement des nucl&eacute;osomes.

Come genomi eucariotici codificano il ripiegamento del DNA nei nucleosomi e come questa organizzazione intrinseca della cromatina guide funzione biologica sono questioni di grande interesse. La base fisica del nucleosoma posizionamento si trova la propensione dipendente dalla sequenza del DNA di adottare la configurazione strettamente piegata imposta dall&#39;associazione delle proteine dell&#39;istone. Tradizionalmente, sono considerati solo DNA flessione e torsione deformazioni, mentre gli effetti di spostamenti laterali di coppie di basi adiacenti sono trascurati. Dimostriamo, tuttavia, che questi spostamenti hanno un ruolo strutturale molto pi&ugrave; importante che mai immaginato. In particolare, le deformazioni Slide laterale osservate presso i siti di piegatura anisotropico locale del DNA definiscono la traiettoria superhelical nella cromatina. Inoltre, il costo calcolato di deformazione del DNA sul nucleosoma &egrave; sequenza-specifico: in sequenze ottimamente posizionati, si verificano i passaggi di base-coppia pi&ugrave; facilmente deformati (CA:TG e TA) presso i siti di grandi dimensioni positive Slide e negativo Roll (dove il DNA si piega nella scanalatura minore). Queste conclusioni il resto su un trattamento di DNA che va oltre il modello convenzionale della barra multifunzione, che incorpora tutte le essenziali gradi di libert&agrave; del &quot;vero&quot; duplex nella stima dell&#39;energia di deformazione del DNA. Infatti, solo dopo che sono considerati gli spostamenti Slide laterali siamo in grado di tenere conto per la sequenza-specifico pieghevole del DNA trovato in strutture nucleosoma. La stretta corrispondenza tra le sedi previsto e osservato nucleosome dimostra il potenziale vantaggio del nostro approccio &quot;strutturale&quot; nella mappatura del nucleosoma posizionamento del computer.

Un romanzo meccanismo roll-e-slide del DNA pieghevole nella cromatina: implicazioni per il posizionamento del nucleosoma.

C&oacute;mo genomas eucariotas codifican el plegamiento del ADN en nucleosomas y c&oacute;mo esta organizaci&oacute;n intr&iacute;nseca de la cromatina gu&iacute;a funci&oacute;n biol&oacute;gica son cuestiones de gran inter&eacute;s. La base f&iacute;sica de posicionamiento se encuentra en la propensi&oacute;n del dependiente de la secuencia de ADN a adoptar la configuraci&oacute;n firmemente doblada impuesta por la Uni&oacute;n de las prote&iacute;nas histonas del nucleosoma. Tradicionalmente, se consideran s&oacute;lo DNA de flexi&oacute;n y torsi&oacute;n deformaciones, mientras se descuidan los efectos de los desplazamientos laterales de pares de bases adyacentes. Sin embargo, demostramos que estos desplazamientos tienen un papel estructural mucho m&aacute;s importante que nunca imagin&oacute;. Espec&iacute;ficamente, las deformaciones laterales de diapositiva observadas en los sitios de flexi&oacute;n anisotr&oacute;pico local de ADN definen su trayectoria superhelical en cromatina. Adem&aacute;s, el costo computado de deformar el ADN en el nucleosoma es espec&iacute;fico de la secuencia: en &oacute;ptima posici&oacute;n secuencias de los pasos m&aacute;s f&aacute;cilmente deformados de pares de base (CA:TG y TA) ocurren en sitios de gran positivo Deslice y negativo Roll (donde el ADN se dobla en la ranura menor). Estas conclusiones se basan en un tratamiento de ADN que va m&aacute;s all&aacute; del modelo convencional de la cinta, incorporando todos grados de libertad esenciales de d&uacute;plex &quot;real&quot; en la estimaci&oacute;n de las energ&iacute;as de deformaci&oacute;n de ADN. De hecho, s&oacute;lo despu&eacute;s de desplazamientos laterales de diapositiva se consideran son capaces de representan el plegamiento de la secuencia espec&iacute;fica de ADN encontrado en las estructuras del nucleosoma. La estrecha correspondencia entre las localidades de nucleosoma predicho y el observado demuestra la ventaja potencial de nuestro enfoque &quot;estructural&quot; en la asignaci&oacute;n de equipo de posicionamiento del nucleosoma.

Un nuevo mecanismo de rodillo y diapositiva de ADN plegable en cromatina: implicaciones para la colocaci&oacute;n del nucleosoma.

3DNALandscapes, located at: http://3DNAscapes.rutgers.edu, is a new database for exploring the conformational features of DNA. In contrast to most structural databases, which archive the Cartesian coordinates and/or derived parameters and images for individual structures, 3DNALandscapes enables searches of conformational information across multiple structures. The database contains a wide variety of structural parameters and molecular images, computed with the 3DNA software package and known to be useful for characterizing and understanding the sequence-dependent spatial arrangements of the DNA sugar-phosphate backbone, sugar-base side groups, base pairs, base-pair steps, groove structure, etc. The data comprise all DNA-containing structures--both free and bound to proteins, drugs and other ligands--currently available in the Protein Data Bank. The web interface allows the user to link, report, plot and analyze this information from numerous perspectives and thereby gain insight into DNA conformation, deformability and interactions in different sequence and structural contexts. The data accumulated from known, well-resolved DNA structures can serve as useful benchmarks for the analysis and simulation of new structures. The collective data can also help to understand how DNA deforms in response to proteins and other molecules and undergoes conformational rearrangements.

3DNALandscapes: a database for exploring the conformational features of DNA.

3DNALandscapes, situ&eacute; &agrave;: http://3DNAscapes.rutgers.edu, est une nouvelle base de donn&eacute;es pour d&eacute;couvrir les caract&eacute;ristiques de conformations de l&#39;ADN. Contrairement &agrave; la plupart bases de donn&eacute;es structurelles, qui archive les coordonn&eacute;es cart&eacute;siennes et/ou les param&egrave;tres d&eacute;riv&eacute;s et les images des structures individuelles, 3DNALandscapes permet des recherches d&#39;informations conformationnelles dans plusieurs structures. La base de donn&eacute;es contient une grande vari&eacute;t&eacute; de param&egrave;tres structuraux et images mol&eacute;culaires, calcul&eacute;es avec le logiciel 3DNA paquet et connus pour &ecirc;tre utiles pour caract&eacute;riser et comprendre les s&eacute;quence d&eacute;pendante des arrangements spatiaux du squelette de sucre-phosphate de l&#39;ADN, groupes de sucre-base c&ocirc;t&eacute;, paires de bases, &eacute;tapes de paires de bases, groove structure, etc.. Les donn&eacute;es comprennent toutes les structures contenant de l&#39;ADN--libres et li&eacute;s aux prot&eacute;ines, de m&eacute;dicaments et d&#39;autres ligands--actuellement disponibles dans la Banque de donn&eacute;es de prot&eacute;ine. L&#39;interface web permet &agrave; l&#39;utilisateur pour le lien, rapport, tracer et analyser ces informations de nombreux points de vue et ainsi avoir un aper&ccedil;u de conformation de l&#39;ADN, d&eacute;formabilit&eacute; et interactions dans une s&eacute;quence diff&eacute;rente et contextes structurels. Les donn&eacute;es accumul&eacute;es depuis connus, des structures d&#39;ADN peuvent servir de points de rep&egrave;re utiles pour l&#39;analyse et la simulation de nouvelles structures. Les donn&eacute;es collectives peuvent aussi aider &agrave; comprendre comment l&#39;ADN se d&eacute;forme en r&eacute;ponse aux prot&eacute;ines et autres mol&eacute;cules et subit des r&eacute;arrangements conformationnelles.

3DNALandscapes : une base de donn&eacute;es pour d&eacute;couvrir les caract&eacute;ristiques de conformations de l&#39;ADN.

3DNALandscapes, si trova presso: http://3DNAscapes.rutgers.edu, &egrave; un nuovo database per esplorare le caratteristiche conformazionali del DNA. A differenza della maggior parte dei database strutturale, che archivia le coordinate cartesiane e/o parametri derivati e le immagini per le singole strutture, 3DNALandscapes consente ricerche di informazioni conformazionali attraverso strutture multiple. Il database contiene un&#39;ampia variet&agrave; di parametri strutturali e molecolari immagini, calcolati con il software 3DNA pacchetto e noto per essere utile per caratterizzare e comprendere le disposizioni spaziali dipendente dalla sequenza della spina dorsale di zucchero-fosfato del DNA, gruppi laterali di zucchero-base, coppie di basi, passi base-coppia, groove struttura, ecc. I dati comprendono tutte le strutture contenenti DNA - sia libere che legate alle proteine, droghe e altri leganti - attualmente disponibili nella banca dati di proteine. L&#39;interfaccia web consente all&#39;utente di link, segnalazione, trama e analizzare informazioni da numerose prospettive e ottenere cos&igrave; approfondita della conformazione del DNA, deformabilit&agrave; e interazioni in contesti strutturali e diversa sequenza. I dati accumulati dalle strutture di DNA conosciute, riconosciute possono servire come punti di riferimento utili per l&#39;analisi e la simulazione di nuove strutture. I dati collettivi possono anche aiutare a capire come il DNA si deforma in risposta alle proteine e altre molecole e subisce riarrangiamenti conformazionali.

3DNALandscapes: un database per esplorare le caratteristiche conformazionali del DNA.

3DNALandscapes, se encuentra en: http://3DNAscapes.rutgers.edu, es una nueva base de datos para explorar las caracter&iacute;sticas conformacionales de ADN. En contraste con la mayor&iacute;a bases estructurales, que archiva las coordenadas cartesianos o par&aacute;metros derivados e im&aacute;genes para estructuras individuales, 3DNALandscapes permite b&uacute;squedas de informaci&oacute;n conformacional a trav&eacute;s de m&uacute;ltiples estructuras. La base de datos contiene una amplia variedad de par&aacute;metros estructurales e im&aacute;genes moleculares, computados con el software de 3DNA paquete y sabe que ser &uacute;til para caracterizar y entender los arreglos espaciales dependiente de la secuencia del az&uacute;car-fosfato de ADN, grupos laterales de la base de az&uacute;car, pares de bases, base par pasos, surco estructura, etc. Los datos abarcan las estructuras que contienen ADN--libres y ligadas a las prote&iacute;nas, las drogas y otros ligandos--actualmente disponibles en el Banco de datos de prote&iacute;nas. La interfaz web permite vincular, informe, parcela y analizar esta informaci&oacute;n desde numerosos puntos de vista y as&iacute; profundizar en ADN conformaci&oacute;n, deformabilidad y las interacciones en contextos estructurales y secuencia diferente. Los datos acumulados de las estructuras de ADN conocidas, nada pueden servir como puntos de referencia &uacute;tiles para el an&aacute;lisis y simulaci&oacute;n de nuevas estructuras. Los datos colectivos tambi&eacute;n pueden ayudar a entender c&oacute;mo el ADN deforme en respuesta a las prote&iacute;nas y otras mol&eacute;culas y somete a cambios conformacionales.

3DNALandscapes: una base de datos para explorar las caracter&iacute;sticas conformacionales de ADN.

The packaging of DNA into nucleosomes impedes the binding and access of molecules involved in its processing. The SWI/SNF multi-protein assembly, found in yeast, is one of many regulatory factors that stimulate the remodeling of DNA required for its transcription. Amino-acid point mutations in histones H3 or H4 partially bypass the requirement of the SWI/SNF complex in this system. The mechanisms underlying the observed remodeling, however, are difficult to discern from the crystal structures of nucleosomes bearing these so-called SIN (SWI/SNF INdependent) mutations. Here, we report detailed analyses of the conformations and interactions of the histones and DNA in these assemblies. We find that the loss of direct protein-DNA contacts near point-mutation sites, reported previously, is coupled to unexpected additional long-range effects, i.e. loss of intermolecular contacts and accompanying DNA conformational changes at sequentially and spatially distant sites. The SIN mutations seemingly transmit information relevant to DNA binding across the nucleosome. The energetic cost of deforming the DNA to the states found in the SIN-mutant structures helps to distinguish the mutants that show phenotypes in yeast from those that do not. Models incorporating these deformed dimer steps suggest ways that nucleosomal DNA may be remodeled during its biological processing.

Long-range effects of histone point mutations on DNA remodeling revealed from computational analyses of SIN-mutant nucleosome structures.

L&#39;empaquetage de l&#39;ADN dans des nucl&eacute;osomes emp&ecirc;che la liaison et l&#39;acc&egrave;s des mol&eacute;cules impliqu&eacute;es dans son traitement. L&#39;Assembl&eacute;e multi-prot&eacute;ine de SWI/SNF, trouv&eacute;e chez la levure, est un des nombreux facteurs r&eacute;glementaires qui stimulent le remodelage de l&#39;ADN requis pour sa transcription. Mutations ponctuelles-aminoacide histones H3 ou H4 partiellement contourner l&#39;exigence de la SWI/SNF complexe dans ce syst&egrave;me. Les m&eacute;canismes qui sous-tendent la transformant observ&eacute;, cependant, sont difficiles &agrave; discerner de structures cristallines des nucl&eacute;osomes portant ces mutations de p&eacute;ch&eacute; (ind&eacute;pendant de SWI/SNF) ce que l&#39;on appelle. Ici, nous pr&eacute;sentons des analyses d&eacute;taill&eacute;es des conformations et les interactions des histones et ADN dans ces assemblys. Nous trouvons que la perte de prot&eacute;ine-ADN direct contacts sites pr&egrave;s de point-mutation, signal&eacute;s pr&eacute;c&eacute;demment, est coupl&eacute; &agrave; l&#39;effet &agrave; long terme suppl&eacute;mentaire inattendu, c&#39;est-&agrave;-dire la perte de contacts intermol&eacute;culaires et accompagnement des changements conformationnels ADN aux sites s&eacute;quentiellement et dans l&#39;espace lointains. Les mutations de p&eacute;ch&eacute; apparemment propager les informations pertinentes pour la fixation &agrave; l&#39;ADN du nucl&eacute;osome. Le co&ucirc;t &eacute;nerg&eacute;tique de d&eacute;former l&#39;ADN aux Etats dans les structures de p&eacute;ch&eacute;-mutant permet de distinguer les mutants qui montrent des ph&eacute;notypes dans la levure de ceux qui ne le font pas. Mod&egrave;les qui incorporent ces d&eacute;forment dim&egrave;re &eacute;tapes sugg&egrave;rent fa&ccedil;ons qu&#39;ADN nucl&eacute;osomique peut &ecirc;tre remodel&eacute; au cours de son traitement biologique.

Les effets &agrave; long terme des mutations ponctuelles histone sur ADN transformant a r&eacute;v&eacute;l&eacute; des analyses informatiques des structures nucl&eacute;osome SIN-mutant.

L&#39;imballaggio del DNA in nucleosomi ostacola l&#39;associazione e l&#39;accesso delle molecole coinvolte nell&#39;elaborazione. L&#39;Assemblea multi-protein SWI/SNF, trovato nel lievito &egrave; uno dei molti fattori normativi che stimolano il rimodellamento di DNA necessario per la sua trascrizione. Mutazioni puntiformi-amminoacido in istoni H3 o H4 aggirare parzialmente il requisito del complesso in questo sistema la SWI/SNF. I meccanismi alla base del rimodellamento osservato, tuttavia, sono difficili da distinguere dalle strutture di cristallo dei nucleosomes recanti queste cosiddette mutazioni SIN (SWI/SNF indipendente). Riportiamo qui, analisi dettagliate delle conformazioni e le interazioni della DNA e gli istoni in queste assemblee. Troviamo che la perdita della proteina-DNA diretta contatti siti punto vicino-mutazione, segnalati in precedenza, &egrave; accoppiato all&#39;imprevisti ulteriori effetti a lungo raggio, cio&egrave; perdita di contatti intermolecolari e accompagnamento cambiamenti conformazionali del DNA in siti in sequenza e spazialmente distanti. Le mutazioni di peccato apparentemente trasmettono informazioni pertinenti al grippaggio del DNA attraverso il nucleosoma. Il costo energetico di deformare il DNA negli stati trovati nelle strutture SIN-mutante aiuta a distinguere i mutanti che mostrano fenotipi nel lievito da quelli che non lo fanno. Modelli che incorporano questi deformata dimero passi suggeriscono modi che nucleosomal DNA pu&ograve; essere rimodellata durante la sua lavorazione biologica.

Gli effetti a lungo raggio di mutazioni puntiformi dell&#39;istone sul rimodellamento del DNA hanno rivelato dalle analisi computazionale delle strutture nucleosome SIN-mutante.

El embalaje de ADN en nucleosomas impide el atascamiento y el acceso de mol&eacute;culas implicadas en el procesamiento. La Asamblea multi-prote&iacute;na SWI/SNF, encontrada en la levadura, es uno de muchos factores reguladores que estimulan la remodelaci&oacute;n de ADN necesario para su transcripci&oacute;n. Mutaciones de punto de amino&aacute;cidos en las histonas H3 o H4 parcialmente eludir el requisito de la SWI/SNF compleja en este sistema. Los mecanismos subyacentes a la remodelaci&oacute;n observado, sin embargo, son dif&iacute;ciles de discernir de las estructuras cristalinas de nucleosomas teniendo estas llamadas mutaciones de pecado (SWI/SNF independiente). Aqu&iacute;, Divulgamos el an&aacute;lisis detallado de las conformaciones y las interacciones de las histonas y el ADN en estas asambleas. Encontramos que la p&eacute;rdida de prote&iacute;na-DNA directa entra en contacto con sitios de la mutaci&oacute;n de punto cercano, divulgados previamente, se acopla a inesperados efectos de largo alcance adicionales, es decir, la p&eacute;rdida de contactos intermoleculares y acompa&ntilde;amiento cambios conformacionales de la DNA en sitios distantes secuencialmente y espacial. Las mutaciones de pecado aparentemente transmiten informaci&oacute;n relevante para la Uni&oacute;n del ADN a trav&eacute;s de nucleosoma. El costo energ&eacute;tico de deformar el ADN a los Estados que se encuentran en las estructuras de pecado mutante ayuda a distinguir a los mutantes que muestran fenotipos en la levadura de los que no. Modelos que incorporan estos deformado d&iacute;mero pasos sugieren maneras en que puede ser remodelada DNA nucleosomal durante su proceso biol&oacute;gico.

Efectos a largo plazo de mutaciones puntuales de las histonas en remodelaci&oacute;n de ADN revelaron desde el an&aacute;lisis computacionales de estructuras de pecado mutante nucleosoma.

The nucleic-acid bases carry structural and energetic signatures that contribute to the unique features of genetic sequences. Here we review the connection between the chemical structure of the constituent nucleotides and the polymeric properties of DNA. The sequence-dependent accumulation of charge on the major- and minor-groove edges of the Watson-Crick base pairs, obtained from ab initio calculations, presents unique motifs for direct sequence recognition. The optimization of base interactions generates a propellering of base-pair planes of the same handedness as that found in high-resolution double-helical structures. The optimized base pairs also deform along conformational pathways, i.e., normal modes, of the same type induced by the binding of proteins. Empirical energy computations that incorporate the properties of the base pairs account satisfactorily for general features of the next level of double-helical structure, but miss key sequence-dependent differences in dimeric structure and deformability. The latter discrepancies appear to reflect factors other than intrinsic base-pair structure.

Properties of the Nucleic-acid Bases in Free and Watson-Crick Hydrogen-bonded States: Computational Insights into the Sequence-dependent Features of Double-helical DNA.

Les bases des acides nucl&eacute;iques transportent signatures structurels et &eacute;nergiques qui contribuent aux particularit&eacute;s des s&eacute;quences g&eacute;n&eacute;tiques. Nous r&eacute;sumons ici le lien entre la structure chimique des nucl&eacute;otides constitutifs et les propri&eacute;t&eacute;s de polym&egrave;res de l&#39;ADN. L&#39;accumulation de s&eacute;quence d&eacute;pendant de charge sur les bords de la major et minor rainure des paires Watson-Crick, obtenues d&#39;ab initio, calculs, pr&eacute;sente des motifs uniques pour la reconnaissance de la s&eacute;quence directe. L&#39;optimisation des interactions de base g&eacute;n&egrave;re une propellering des plans de paires de bases de la manualit&eacute; m&ecirc;me que celle trouv&eacute;e dans les structures &agrave; haute r&eacute;solution de doubles h&eacute;lices. Les paires de base optimis&eacute;s &eacute;galement d&eacute;former le long de voies conformationnelles, c&#39;est-&agrave;-dire les modes normaux, de m&ecirc;me type induites par la liaison des prot&eacute;ines. Calculs &eacute;nerg&eacute;tiques empiriques qui incorporent les propri&eacute;t&eacute;s de la base de paires repr&eacute;sentent satisfaisant les caract&eacute;ristiques g&eacute;n&eacute;rales de l&#39;&eacute;chelon de la structure double-h&eacute;lico&iuml;dale, mais des diff&eacute;rences de s&eacute;quence d&eacute;pendant Mlle cl&eacute; en structure dim&egrave;re et la d&eacute;formabilit&eacute;. Les divergences de ces derniers semblent refl&eacute;ter des facteurs autres que la structure intrins&egrave;que de paires de bases.

Propri&eacute;t&eacute;s des acides nucl&eacute;iques Bases en libre et &Eacute;tats d&#39;hydrog&egrave;nes Watson-Crick : Computational aper&ccedil;us des fonctionnalit&eacute;s reposant sur la s&eacute;quence d&#39;ADN Double-h&eacute;lico&iuml;dale.

Le basi dell&#39;acido nucleico portano firme strutturali ed energetiche che contribuiscono alle caratteristiche uniche delle sequenze genetiche. Qui esaminiamo il collegamento tra la struttura chimica dei nucleotidi costituenti e le propriet&agrave; polimeriche di DNA. L&#39;accumulo di sequenza-dipendente della carica sui bordi delle coppie base Watson-Crick, ottenute da ab initio calcoli, major e minor groove presenta motivi unici per il riconoscimento di sequenza diretta. L&#39;ottimizzazione delle interazioni base genera un propellering di base-coppia aerei della stessa manualit&agrave; di quello trovato in strutture doppio-elicoidali ad alta risoluzione. Le coppie di base ottimizzate anche deformare lungo percorsi conformazionali, cio&egrave;, modi normali, dello stesso tipo indotta dal legame delle proteine. I calcoli di energia empirica che incorporano le propriet&agrave; delle coppie base conto in modo soddisfacente per caratteristiche generali del livello successivo della struttura a doppia elica, ma le differenze di sequenza-dipendente di miss chiave nella struttura dimerica e deformabilit&agrave;. Le discrepanze di quest&#39;ultime sembrano riflettere fattori diversi dalla struttura intrinseca di base-coppia.

Propriet&agrave; di basi di acidi nucleici in libera e Stati di idrogeno-legato di Watson-Crick: Computational intuizioni le caratteristiche di sequenza-dipendente della doppia elica del DNA.

Las bases de &aacute;cidos nucleicos llevan firmas energ&eacute;ticas y estructurales que contribuyen a las caracter&iacute;sticas &uacute;nicas de secuencias gen&eacute;ticas. Aqu&iacute; repasamos la conexi&oacute;n entre la estructura qu&iacute;mica de los nucle&oacute;tidos constituyentes y las propiedades de pol&iacute;meros de ADN. La acumulaci&oacute;n de dependiente de la secuencia de carga en los bordes del surco mayor y menor de los pares de bases Watson-Crick, obtenidos ab initio c&aacute;lculos, presenta motivos &uacute;nicos para el reconocimiento de la secuencia directa. La optimizaci&oacute;n de las interacciones base genera un propellering de base par planos del mismo uso de las manos que se encuentran en estructuras de dobles helicoidales de alta resoluci&oacute;n. Los pares de bases optimizados tambi&eacute;n deformar conformacional v&iacute;as, es decir, modos normales, del mismo tipo inducida por la Uni&oacute;n de prote&iacute;nas. Caracter&iacute;sticas generales del siguiente nivel de la estructura helicoidal doble, pero las diferencias dependientes de la secuencia de miss key en estructura dim&eacute;rica y deformabilidad representan satisfactoriamente c&oacute;mputos de energ&iacute;a emp&iacute;rica que incorporan las propiedades de los pares de bases. Las discrepancias de este &uacute;ltimas parecen reflejar factores con excepci&oacute;n de la estructura intr&iacute;nseca de par de bases.

Propiedades de las Bases de &aacute;cidos nucleicos en libre y Estados de hidr&oacute;geno-consolidado de Watson-Crick: penetraciones computacionales en las caracter&iacute;sticas dependientes de la secuencia de ADN de doble helicoidal.

Action across long distances on chromatin is a hallmark of eukaryotic transcriptional regulation. Although chromatin structure per se can support long-range interactions, the mechanisms of efficient communication between widely spaced DNA modules in chromatin remain a mystery. The molecular simulations described herein suggest that transient binary internucleosomal interactions can mediate distant communication in chromatin. Electrostatic interactions between the N-terminal tails of the core histones and DNA enhance the computed probability of juxtaposition of sites that lie far apart along the DNA sequence. Experimental analysis of the rates of communication in chromatin constructs confirms that long-distance communication occurs efficiently and independently of distance on tail-containing, but not on tailless, chromatin. Taken together, our data suggest that internucleosomal interactions involving the histone tails are essential for highly efficient, long-range communication between regulatory elements and their targets in eukaryotic genomes.

Internucleosomal interactions mediated by histone tails allow distant communication in chromatin.

Action sur de longues distances sur la chromatine est une caract&eacute;ristique de la r&eacute;gulation transcriptionnelle eucaryote. Bien que la structure de la chromatine en soi peut prendre en charge les interactions &agrave; longue port&eacute;e, les m&eacute;canismes de communication efficace entre les modules espac&eacute;es d&#39;ADN en chromatine restent un myst&egrave;re. Les simulations mol&eacute;culaires d&eacute;crites ci-apr&egrave;s donnent &agrave; penser que les interactions internucl&eacute;osomique binaires transitoires peuvent m&eacute;dier communication &eacute;loign&eacute;e dans la chromatine. Les interactions &eacute;lectrostatiques entre les queues N-terminales des histones centrales et ADN augmentent la probabilit&eacute; calcul&eacute;e de juxtaposition de sites qui se trouvent &eacute;loign&eacute;s le long de la s&eacute;quence d&#39;ADN. Analyse exp&eacute;rimentale des tarifs de communication dans les constructions de la chromatine confirme que les communications longues distances se produit efficacement et ind&eacute;pendamment de la distance contenant de la queue, mais pas sur la sans queue, chromatine. Ensemble, nos r&eacute;sultats sugg&egrave;rent qu&#39;internucl&eacute;osomique interactions impliquant les queues d&#39;histone sont indispensables pour une communication tr&egrave;s efficace et &agrave; longue distance entre &eacute;l&eacute;ments r&eacute;gulateurs et leurs cibles dans les g&eacute;nomes eucaryotes.

Internucl&eacute;osomique interactions m&eacute;di&eacute;es par des queues d&#39;histone permet communication &eacute;loign&eacute;e dans la chromatine.

Azione attraverso lunghe distanze su cromatina &egrave; una caratteristica di regolazione trascrizionale eucariotico. Anche se la struttura della cromatina per s&eacute; in grado di supportare le interazioni a lungo raggio, i meccanismi di comunicazione efficiente tra moduli distanziati di DNA nella cromatina restano un mistero. Le simulazioni molecolari descritte suggeriscono che interazioni internucleosomal binarie transitorie possono mediare comunicazione distanti nella cromatina. Interazioni elettrostatiche tra le code N-terminale del DNA e gli istoni nucleo migliorano la probabilit&agrave; calcolata di giustapposizione dei siti che si trovano distanti lungo la sequenza del DNA. Analisi sperimentale delle aliquote di comunicazione nei costrutti di cromatina conferma che la comunicazione a lunga distanza si verifica in modo efficiente e indipendentemente dalla distanza sulla coda-contenente, ma non su tailless, cromatina. Presi insieme, i nostri dati suggeriscono che internucleosomal interazioni che coinvolgono le code dell&#39;istone sono essenziali per la comunicazione a lungo raggio, altamente efficiente tra elementi normativi e loro bersagli in genomi eucariotici.

Internucleosomal interazione mediata dalla coda dell&#39;istone permettono la comunicazione distanti nella cromatina.

Within the nucleus of each cell lies DNA - an unfathomably long, twisted, and intricately coiled molecule - segments of which make up the genes that provide the instructions that a cell needs to operate. As we near the 60(th) anniversary of the discovery of the DNA double helix, crucial questions remain about how the physical arrangement of the DNA in cells affects how genes work. For example, how a cell stores the genetic information inside the nucleus is complicated by the necessity of maintaining accessibility to DNA for genetic processing. In order to gain insight into the roles played by various proteins in reading and compacting the genome, we have developed new methodologies to simulate the dynamic, three-dimensional structures of long, fluctuating, protein-decorated strands of DNA. Our a priori approach to the problem allows us to determine the effects of individual proteins and their chemical modifications on overall DNA structure and function. Here we present our recent treatment of the communication between regulatory proteins attached to precisely constructed stretches of chromatin. Our simulations account for the enhancement in communication detected experimentally on chromatin compared to protein-free DNA of the same chain length as well as the critical roles played by the cationic 'tails' of the histone proteins in this signaling. The states of chromatin captured in the simulations offer new insights into the ways that the DNA, histones, and regulatory proteins contribute to long-range communication along the genome.

Insights into Gene Expression and Packaging from Computer Simulations.

Le noyau de chaque cellule se trouve ADN - une mol&eacute;cule insondable longue, tordue et &eacute;troitement lov&eacute;e - segments qui composent les g&egrave;nes qui fournissent les instructions requises par une cellule pour fonctionner. Comme nous approchons de l&#39;anniversaire de 60(th) de la d&eacute;couverte de la double h&eacute;lice d&#39;ADN, les questions cruciales restent sur comment l&#39;am&eacute;nagement physique de l&#39;ADN dans les cellules affecte comment les g&egrave;nes fonctionnent. Par exemple, comment une cellule stocke l&#39;information g&eacute;n&eacute;tique dans le noyau est compliqu&eacute;e par la n&eacute;cessit&eacute; de maintenir l&#39;accessibilit&eacute; &agrave; l&#39;ADN pour le traitement g&eacute;n&eacute;tique. Afin de mieux comprendre les r&ocirc;les jou&eacute;s par les diverses prot&eacute;ines dans la lecture et le compactage du g&eacute;nome, nous avons d&eacute;velopp&eacute; de nouvelles m&eacute;thodologies pour simuler les structures dynamiques, en trois dimensions de longs, fluctuantes, d&eacute;cor&eacute; &agrave; la prot&eacute;ine de brins d&#39;ADN. Nos a priori approche du probl&egrave;me permet de d&eacute;terminer les effets des prot&eacute;ines individuelles ainsi que leurs modifications chimiques sur la structure de l&#39;ADN et la fonction globale. Nous pr&eacute;sentons notre traitement r&eacute;cent de la communication entre les prot&eacute;ines r&eacute;gulatrices attach&eacute; &agrave; pr&eacute;cis&eacute;ment construite s&#39;&eacute;tend de la chromatine. Notre compte de simulation pour l&#39;am&eacute;lioration dans la communication d&eacute;tect&eacute;e exp&eacute;rimentalement sur la chromatine par rapport &agrave; l&#39;ADN sans prot&eacute;ines de la m&ecirc;me longueur de cha&icirc;ne ainsi que le r&ocirc;le critique jou&eacute; par les &laquo; r&eacute;sidus &raquo; cationique des prot&eacute;ines histones dans cette signalisation. Les &Eacute;tats de la chromatine, saisie dans les simulations offrent de nouvelles perspectives sur la fa&ccedil;on dont l&#39;ADN, histones et prot&eacute;ines de r&eacute;gulation contribuent &agrave; la communication &agrave; longue distance le long du g&eacute;nome.

Aper&ccedil;us de l&#39;Expression g&eacute;nique et emballage de Simulations informatiques.

All&#39;interno del nucleo di ogni cellula si trova DNA - una molecola insondabile lungo, contorto e complicato arrotolato - segmenti che compongono i geni che forniscono le istruzioni che una cellula ha bisogno di operare. Come abbiamo vicino il 60(th) anniversario della scoperta della doppia elica del DNA, cruciali domande rimangono circa come la disposizione fisica del DNA nelle cellule influisce sul funzionano dei geni. Per esempio, come una cella memorizza l&#39;informazione genetica all&#39;interno del nucleo &egrave; complicata dalla necessit&agrave; di mantenere l&#39;accessibilit&agrave; al DNA per la trasformazione genetica. Al fine di ottenere la comprensione del ruolo svolto da varie proteine nella lettura e compattazione del genoma, abbiamo sviluppato nuove metodologie per simulare le strutture dinamiche, tridimensionale di filamenti lunghi, fluttuante, proteina-decorato di DNA. Nostri priori un approccio al problema permette di determinare gli effetti delle singole proteine e loro modificazioni chimiche sulla struttura del DNA e la funzione complessiva. Qui vi presentiamo il nostro trattamento recente della comunicazione tra proteine regolatorie attaccato al proprio costruiti tratti della cromatina. Nostro conto di simulazioni per la valorizzazione in comunicazione rilevato sperimentalmente su cromatina rispetto al DNA privo di proteine della lunghezza della catena stessa, nonch&eacute; del ruolo critico svolto da cationiche &#39;code&#39; delle proteine dell&#39;istone in questa segnalazione. Gli Stati della cromatina catturato nelle simulazioni offrono nuove intuizioni i modi in cui il DNA, istoni e proteine regolatorie contribuiscono alla comunicazione a lungo raggio lungo il genoma.

Article	Year
A novel roll-and-slide mechanism of DNA folding in chromatin: implications for nucleosome positioning. Journal of molecular biology\| PubMed ID: 17585938	2007
3DNALandscapes: a database for exploring the conformational features of DNA. Nucleic acids research\| PubMed ID: 19906722	2010
Long-range effects of histone point mutations on DNA remodeling revealed from computational analyses of SIN-mutant nucleosome structures. Nucleic acids research\| PubMed ID: 20647418	2010
Properties of the Nucleic-acid Bases in Free and Watson-Crick Hydrogen-bonded States: Computational Insights into the Sequence-dependent Features of Double-helical DNA. Biophysical reviews\| PubMed ID: 21218180	2009
Internucleosomal interactions mediated by histone tails allow distant communication in chromatin. The Journal of biological chemistry\| PubMed ID: 22518845	2012
Insights into Gene Expression and Packaging from Computer Simulations. Biophysical reviews\| PubMed ID: 23139731	2012

Andrew V. Colasanti

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