Name: Análisis y construcción de estructuras de ácidos nucleicos con 3DNA (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-26T12:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 24 s
Description: Aprende a analizar y construir estructuras de ácidos nucleicos con el software 3DNA. Este protocolo computacional permite investigar la organización espacial del ADN y ARN mediante herramientas avanzadas de bioinformática.

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Estamos muy agradecidos a Patrocinador Jiří para compartir las coordenadas de dobles hélices de ADN generados en simulaciones de dinámica molecular. También reconocemos Nada Špačková de ayuda en la descarga de estas estructuras. Apoyo de este trabajo a través de becas de investigación USPHS Se agradece GM34809 y GM096889.

<ol><li>Lu, X. -J., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3DNA%3A+a+software+package+for+the+analysis%2C+rebuilding%2C+and+visualization+of+three-dimensional+nucleic+acid+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">3DNA: a software package for the analysis, rebuilding, and visualization of three-dimensional nucleic acid structures.</a> Nucleic Acids Res. 31, 5108-5121 (2003).</li>
<li>Lu, X. -J., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3DNA%3A+a+versatile%2C+integrated+software+system+for+the+analysis%2C+rebuilding%2C+and+visualization+of+three-dimensional+nucleic-acid+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">3DNA: a versatile, integrated software system for the analysis, rebuilding, and visualization of three-dimensional nucleic-acid structures.</a> Nature Protocols. 3, 1213-1227 (2008).</li>
<li>Zheng, G., Lu, X. -J., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Web+3DNA-a+web+server+for+the+analysis%2C+reconstruction%2C+and+visualization+of+three-dimensional+nucleic-acid+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids.+Res%22%5BJournal%5D)">Web 3DNA-a web server for the analysis, reconstruction, and visualization of three-dimensional nucleic-acid structures.</a> Nucleic Acids. Res. 37, W240-W246 (2009).</li>
<li>Xin, Y., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BPS%3A+a+database+of+RNA+base-pair+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">BPS: a database of RNA base-pair structures.</a> Nucleic Acids Res. 37, D83-D88 (2009).</li>
<li>Zheng, G., Colasanti, A. V., Lu, X. -J., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3DNALandscapes%3A+a+database+for+exploring+the+conformational+features+of+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">3DNALandscapes: a database for exploring the conformational features of DNA.</a> Nucleic Acids Res. 38, 267-274 (2010).</li>
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<li>Lu, X. -J., Olson, W. K., Bussemaker, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+RNA+backbone+plays+a+crucial+role+in+mediating+the+intrinsic+stability+of+the+GpU+dinucleotide+platform+and+the+GpUpA%2FGpA+miniduplex%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">The RNA backbone plays a crucial role in mediating the intrinsic stability of the GpU dinucleotide platform and the GpUpA/GpA miniduplex.</a> Nucleic Acids Res. 38, 4868-4876 (2010).</li>
<li>Mouw, K. W., Rice, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+the+Borrelia+burgdorferi+genome%3A+crystal+structure+and+binding+properties+of+the+DNA-bending+protein+Hbb%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Shaping the Borrelia burgdorferi genome: crystal structure and binding properties of the DNA-bending protein Hbb.</a> Mol. Microbiol. 63, 1319-1339 (2007).</li>
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<li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spirochetes+isolated+from+the+blood+of+two+patients+with+Lyme+disease%5BTitle%5D)+AND+%22N.+Engl.+J.+Med%22%5BJournal%5D)">Spirochetes isolated from the blood of two patients with Lyme disease.</a> N. Engl. J. Med. 308, 740-742 (1983).</li>
<li>Lankaš, F., Špačková, N., Moakher, M., Enkhbayar, P., Šponer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+measure+of+bending+in+nucleic+acids+structures+applied+to+A-tract+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">A measure of bending in nucleic acids structures applied to A-tract DNA.</a> Nucleic Acids Res. 38, 3414-3422 (2010).</li>
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<li>Swigon, D., Coleman, B. D., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+Lac+repressor-operator+assembly%3A+the+influence+of+DNA+looping+on+Lac+repressor+conformation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Modeling the Lac repressor-operator assembly: the influence of DNA looping on Lac repressor conformation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 9879-9884 (2006).</li>
<li>Czapla, L., Swigon, D., Olson, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+the+nucleoid+protein+HU+on+the+structure%2C+flexibility%2C+and+ring-closure+properties+of+DNA+deduced+from+Monte-Carlo+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Effects of the nucleoid protein HU on the structure, flexibility, and ring-closure properties of DNA deduced from Monte-Carlo simulations.</a> J. Mol. Biol. 382, 353-370 (2008).</li>
<li>Czapla, L., Peters, J. P., Rueter, E. M., Olson, W. K., Maher, L. J. 3rd <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+apparent+DNA+flexibility+enhancement+by+HU+and+HMGB+proteins%3A+experiment+and+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Understanding apparent DNA flexibility enhancement by HU and HMGB proteins: experiment and simulation.</a> J. Mol. Biol. 409, 278-289 (2011).</li>
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<li>Dror, O., Nussinov, R., Wolfson, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ARTS+web+server+for+aligning+RNA+tertiary+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">The ARTS web server for aligning RNA tertiary structures.</a> Nucleic Acids Res. 34, 412-415 (2006).</li>
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<li>Capriotti, E., Marti-Renom, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SARA%3A+a+server+for+function+annotation+of+RNA+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">SARA: a server for function annotation of RNA structures.</a> Nucleic Acids Res. 37, 260-265 (2009).</li>
<li>van Dijk, M., Bonvin, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-DART%3A+a+DNA+structure+modelling+server%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">3D-DART: a DNA structure modelling server.</a> Nucleic Acids Res. 37, W235-W239 (2009).</li>
<li>Contreras-Moreira, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-footprint%3A+a+database+for+the+structural+analysis+of+protein-DNA+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">3D-footprint: a database for the structural analysis of protein-DNA complexes.</a> Nucleic Acids Res. 38, D91-D97 (2010).</li>
<li>Popenda, M., Szachniuk, M., Blazewicz, M., Wasik, S., Burke, E. K., Blazewicz, J., Adamiak, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RNA+FRABASE+2.0%3A+an+advanced+web-accessible+database+with+the+capacity+to+search+the+three-dimensional+fragments+within+RNA+structures%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">RNA FRABASE 2.0: an advanced web-accessible database with the capacity to search the three-dimensional fragments within RNA structures.</a> BMC Bioinformatics. 11, 231(2010).</li>
<li>Čech, P., Svozil, D., Hoksza, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SETTER%3A+web+server+for+RNA+structure+comparison%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">SETTER: web server for RNA structure comparison.</a> Nucleic Acids Res. , (2012).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

El conjunto de protocolos que se presentan en este artículo sólo afectan a las capacidades de la suite 3DNA de los programas. Las herramientas se pueden aplicar a estructuras de ARN para identificar pares de bases no canónicos, para determinar los contextos estructurales secundarias en las que se produce tal emparejamiento, para cuantificar la disposición espacial de los fragmentos helicoidales, para medir la superposición de bases a lo largo de la columna vertebral de la cadena, etc El comando de reconstrucción permite...

La comprensión de las estructuras tridimensionales de ADN, ARN, y sus complejos con proteínas, fármacos y otros ligandos, es crucial para descifrar sus diversas funciones biológicas, y para permitir que el diseño racional de la terapéutica. La exploración de este tipo de estructuras, implica tres componentes separados pero estrechamente relacionados: el análisis (para extraer patrones en formas e interacciones), modelos (para evaluar la energética y las dinámicas moleculares), y la visualización. Análisis estructural y la construcción de modelos son esencialmente dos caras de la misma moneda, y la visualización de complementos de ambos. La suite 3DNA de programas de ordenador es un cada vez más popular juego de herramientas de bioinformática estructural con capacidades para analizar, construir y visualizar estructuras de ácidos nucleicos tridimensionales. Publicaciones anteriores describen las capacidades del software 1, siempre y recetas para llevar a cabo las tareas seleccionadas 2, introducido la interfaz basada en weba las características populares del software 3, se presentan las bases de datos de características estructurales obtenidos mediante 3DNA 4, 5 y se ilustra la utilidad del software en el análisis de ADN y ARN estructuras 6, 7. El objetivo de este artículo es traer el kit de software 3DNA a los científicos de laboratorio y otras personas con intereses y / o necesidades para investigar el ADN y el ARN organización espacial con herramientas computacionales estado-of-the-art. Los protocolos presentados aquí incluyen instrucciones paso a paso (i) para descargar e instalar el software en un sistema Mac OS X, (ii-iii) para analizar y modificar las estructuras de ADN a nivel de los pasos de pares de bases que constituyen, ( iv-v) analizar y alinear conjuntos de estructuras de ADN relacionadas, y (vi) para la construcción de modelos de cadenas de ADN en proteínas condecorados con la interfaz web fácil de usar w3DNA. El software tiene la capacidad de analizar las estructuras individuales resolverse utilizando métodos cristalográficos de rayos X, así como granconjuntos de estructuras determinadas con métodos de resonancia magnética nuclear (RMN) o generados por técnicas de simulación por ordenador. Las estructuras examinadas aquí incluyen (i) la estructura de cristal de alta resolución de ADN unido a la proteína de Borrelia burgdorferi Hbb 8 (la bacteria transmitida por garrapatas que causa la enfermedad de Lyme en seres humanos 9, 10), (ii) dos grandes conjuntos de forma secuencial moléculas de ADN relacionados, producidos con simulaciones moleculares 11 - 4500 instantáneas de d (GGCAAAATTTTGCC) 2 y d (CCGTTTTAAAACGG) 2 recogida en incrementos de 100-PSEC durante los cálculos, y (iii) un pequeño conjunto de estructuras basados ​​en RMN del operador de ADN O3 unido a los cascos de la coli proteína represora Lac Escherichia 12. Las instrucciones incluyen información sobre cómo acceder a los archivos de coordenadas atómicas asociadas con cada una de estas estructuras, así como el uso de 3DNA (se encuentra una copia de este archivoen el foro 3DNA en <a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">http://forum.x3dna.org/jove</a> ) para examinar y modificar estas estructuras.

análisis y construcción de estructuras de ácidos nucleicos con 3dna

Analyzing and Building Nucleic Acid Structures with 3DNA

El paquete de software 3DNA es un popular y versátil herramienta bioinformática con capacidades para analizar, construir y visualizar estructuras de ácidos nucleicos tridimensionales. En este artículo se presenta protocolos detallados para un subconjunto de nuevas y populares características disponibles en 3DNA, aplicables tanto a las estructuras individuales y conjuntos de estructuras relacionadas. Protocolo 1 muestra el conjunto de instrucciones necesarias para descargar e instalar el software. Esto es seguido, en el Protocolo 2, por el análisis de la estructura del ácido nucleico, incluyendo la asignación de pares de bases y la determinación de los parámetros de cuerpo rígido que describen la estructura y, en el Protocolo 3, por una descripción de la reconstrucción de un atómica modelo de una estructura de sus parámetros de cuerpo rígido. La versión más reciente de 3DNA, versión 2.1, tiene nuevas características para el análisis y la manipulación de los conjuntos de estructuras, tales como los deducidos a partir de mediciones de resonancia magnética nuclear (RMN) y de dinámica molecular (MDSimulaciones); estas características se presentan en los Protocolos 4 y 5. Además del paquete de software independiente 3DNA, el servidor web w3DNA, ubicado en <a href="http://w3dna.rutgers.edu" target="_blank">http://w3dna.rutgers.edu</a> , proporciona una interfaz fácil de usar para las funciones seleccionadas del software. Protocolo 6 demuestra una nueva característica del sitio para la construcción de modelos de moléculas de ADN largos decorados con proteínas unidas en lugares especificados por el usuario.

Las herramientas de software 3DNA se utilizan rutinariamente para analizar estructuras de ácidos nucleicos. Por ejemplo, las identidades de pares de bases y los parámetros de cuerpo rígido que caracterizan a los arreglos de bases en fragmentos de doble hélice del ADN y estructuras de ARN se calculan automáticamente y se almacenan para cada nueva entrada en la base de datos de ácido nucleico 22, un repositorio de todo el mundo información estructural de ácido nucleico. Los valores de los parámetros de cuerpo r...

El paquete de software 3DNA es un popular y versátil herramienta bioinformática con capacidades para analizar, construir y visualizar estructuras de ácidos nucleicos tridimensionales. En este artículo se presenta protocolos detallados para un subconjunto de nuevas y populares características disponibles en 3DNA, aplicables tanto a las estructuras individuales y conjuntos de estructuras relacionadas.

Análisis y construcción de estructuras de ácidos nucleicos con 3DNA

El paquete de software 3DNA es una herramienta bioinformática popular y versátil con capacidad para analizar, construir y visualizar ácidos nucleicos tridimensionales...

El objetivo general de este procedimiento es poner a disposición de científicos de laboratorio y otros investigadores la suite de programas 3D NA para estudiar la organización espacial del ADN y del ARN mediante herramientas computacionales de vanguardia. Esto se logra primero descargando el software desde el foro 3D NA e instalándolo en un ordenador local. El segundo paso consiste en analizar una estructura representativa de ADN a nivel de los pasos de pares de bases constituyentes.A continuación, la misma estructura de ADN se modifica a nivel de pares de bases y luego se reconstruye utilizando los nuevos parámetros definidos para los pasos de pares de bases. El paso siguiente es el análisis de un gran conjunto de estructuras relacionadas. El paso final consiste en alinear un conjunto de estructuras de ADN relacionadas en un marco de referencia común para visualizar las distorsiones globales de las estructuras.En última instancia, las herramientas 3D NA se utilizan para examinar cómo cada par de bases individuales, incluidos aquellos unidos a fármacos y proteínas, contribuyen al plegamiento general del ADN y para identificar los sitios y direcciones de distorsiones globales signif

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mosaico de ADN es un enfoque eficaz para crear nanoestructuras programables. Describimos los protocolos para construir formas bidimensionales complejas mediante el autoensamblaje de mosaicos de ADN monocatenario.

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Se presenta un protocolo para la investigación en línea de relaciones de secuencia-estructura-dinámica de proteínas usando Bio3D-web.

Investigación de la secuencia de la proteína-estructura-dinámica Relaciones con Bio3D-web

Este artículo presenta un protocolo detallado para ligadura de T4 y desnaturalización página purificación de moléculas pequeñas de ADN circular, recocido y del análisis de la página nativa de Tejas circular, montaje y proyección de imagen de AFM de nanoestructuras de ADN de 1D y 2D, así como de agarosa gel purificación de electroforesis y centrifugación de nanoestructuras de ADN finito.

Motivos de ADN estable, 1D y 2D nanoestructuras construyen a partir de moléculas de ADN Circular pequeño

3D multicolor DNA FISH representa una herramienta para visualizar múltiples loci genómicos dentro de núcleos conservados 3D, definiendo inequívocamente sus interacciones recíprocas y localización dentro del espacio nuclear a un solo nivel de célula. Aquí, se describe un protocolo paso a paso para un amplio espectro de células primarias humanas.

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El protocolo proporciona instrucciones para modificar el ARN con sulfato de dimetilo para experimentos de perfiles mutacionales. Incluye sondeo in vitro e in vivo con dos métodos alternativos de preparación de bibliotecas.

Sondeo de la estructura del ARN con perfil mutacional de sulfato de dimetilo con secuenciación in vitro y en células

Las nanomáquinas basadas en DNAzyme se pueden utilizar para la detección altamente selectiva y sensible de ácidos nucleicos. Este artículo describe un protocolo detallado para el diseño de nanomáquinas basadas en DNAzyme con un núcleo 10-23 utilizando software libre y su aplicación en la detección de un fragmento de virus de Epstein-Barr como ejemplo.

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La manipulación de fluidos y partículas en suspensión en las tecnologías de micro-y nano-escala se está convirtiendo en una realidad tan propicio, como electrocinética AC, continúan desarrollándose. En este caso, hablamos de la física detrás de electrocinética AC, la forma de fabricar estos dispositivos y la forma de interpretar las observaciones experimentales.

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Aquí se describe un protocolo básico para el marcaje fluorescente de diferentes elementos de los tubos de corazón de la larva y el...

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Una combinación de tres única longitud de onda de pulso corto láser se utiliza para generar coherente de lucha contra la dispersión Raman Stokes (CARS) y el CARS doblemente resonante (DR-CARS). La diferencia entre estas señales proporciona una mayor sensibilidad de otro modo difíciles de detectar señales de Raman coherente, lo que permite imágenes de la debilidad de dispersores Raman.

Diferencial de imágenes de las estructuras biológicas con doblemente resonante coherente anti-Stokes Raman Scattering (CARS)

El uso de sistemas de NanoDrop microvolumen como alternativa práctica y eficaz a la tradicional metodología de cuantificación de ácidos nucleicos se describe a través de la demostración de dos protocolos de ácido nucleico microvolumen cuantificación.

NanoDrop microvolumen cuantificación de ácidos nucleicos

Aprende a analizar y construir estructuras de ácidos nucleicos con el software 3DNA. Este protocolo computacional permite investigar la organización espacial del ADN y ARN mediante herramientas avanzadas de bioinformática.

Análisis y construcción de estructuras de ácidos nucleicos con 3DNA

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