D'analyser et de structures d'acides nucléiques avec 3DNA

L’objectif global de cette procédure est d’apporter la suite de programmes 3D NA aux scientifiques de laboratoire et à d’autres personnes pour étudier l’organisation spatiale de l’ADN et de l’ARN avec des outils de calcul de pointe. Pour ce faire, il suffit de télécharger d’abord le logiciel à partir du forum 3D NA et de l’installer sur un ordinateur local. La deuxième étape consiste à analyser une structure d’ADN représentative au niveau des étapes de la paire de bases constitutives.

Ensuite, la même structure d’ADN est modifiée au niveau de l’étape de la paire de bases, puis est reconstruite à l’aide des paramètres d’étape de la paire de bases nouvellement définis. L’étape suivante est l’analyse d’un grand ensemble de structures connexes. La dernière étape est l’alignement d’un ensemble de structures d’ADN apparentées sur un cadre de référence commun afin de visualiser les distorsions globales des structures.

En fin de compte, les outils de NA 3D sont utilisés pour examiner comment les étapes individuelles de paires de bases, y compris celles liées aux médicaments et aux protéines, contribuent au repliement global de l’ADN et pour identifier les sites et les directions des distorsions globales importantes. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes est que le logiciel est robuste et largement applicable à une variété de structures contenant des acides nucléiques. La méthode peut aider à répondre à des questions clés en biochimie et en biophysique, telles que la façon dont les génomes sont organisés en trois dimensions et le type de déformation que l’ADN peut adopter.

Pour commencer l’installation du progiciel, connectez-vous aux trois DA website@xthreed. org et cliquez sur le lien vers le forum 3D NA au sein du forum. Sélectionnez le lien d’inscription et suivez les instructions pour créer un nouveau compte.

Une fois qu’un nom d’utilisateur et un mot de passe ont été établis, connectez-vous au forum, sélectionnez le lien de téléchargement dans la section de bienvenue, et sur la nouvelle page, choisissez téléchargement 3D NA. Double-cliquez sur le fichier tar gz pour créer un dossier nommé X 3D NA dash V 2.1, qui contient le logiciel 3D NA. Ouvrez l’application terminal, qui se trouve généralement sous utilitaires sur un Macintosh, et passez au répertoire X 3D NA dash V 2.1.

Exécutez le script d’installation nécessaire au bon fonctionnement de 3D NA. Toutes les commandes utilisées dans cette vidéo se trouvent dans le protocole texte. Ensuite, copiez les deux paramètres d’exportation de ligne qui apparaissent imprimés à l’écran.

Si l’utilisateur a placé le logiciel dans le répertoire applications, les deux lignes doivent apparaître comme indiqué ici. Ouvrez l’application d’édition de texte qui se trouve dans le répertoire applications. Dans le menu Format, sélectionnez Générer du texte brut.

S’il existe un fichier BRC, ouvrez-le dans du texte, modifiez et collez les paramètres d’exportation à la fin du fichier. Si non, le fichier bash RC existe, collez les paramètres d’exportation dans un fichier vierge et enregistrez-le sous le nom de fichier bash RC dans le répertoire personnel. Pour que les nouveaux paramètres soient disponibles, exécutez le fichier Bash RC nouvellement enregistré dans le programme de terminal.

Cette vidéo démontre l’analyse d’une structure représentative d’acide nucléique, l’ADN lié à la protéine HBB de la bactérie Borrelia bergdorf eye. La première étape de l’analyse NA 3D est la création d’un fichier qui répertorie toutes les bases appariées. Cela se fait en tapant une commande pour appliquer le programme Find para à la structure atomique stockée dans le fichier à NP deux, MP deux pdb.

L’étape suivante de l’analyse consiste à déterminer les paramètres géométriques qui caractérisent la structure. La commande analyze prend en entrée le fichier de paire de base et crée plusieurs fichiers de sortie qui apparaissent dans le répertoire de travail. Les valeurs géométriques peuvent ensuite être calculées en tapant, analyser deux MP deux bps.

Les fichiers de sortie générés comprennent deux MP deux out, qui contient une vue d’ensemble des paramètres calculés et bpco step par, qui contient une liste des paramètres du corps rigide En plus de l’analyse d’une structure d’acide nucléique, le logiciel 3D NA offre la possibilité de construire un modèle structurel à partir des paramètres du corps rigide à l’aide de la commande rebuild afin de créer un modèle atomique approximatif, qui comprend les coordonnées des atomes de base et de base. Tapez la commande indiquée dans le texte. Cette commande demande à 3D NA d’introduire une confirmation standard du squelette BDNA dans la construction de modèles à partir de paramètres de corps rigides.

Un modèle à double hélice avec les paramètres de corps rigide trouvés dans la structure H-B-B-D-N-A peut ensuite être construit en tapant la commande appropriée. Le fichier bpco step par peut être modifié pour générer une structure modifiée. Ici, les angles de roulis extrêmes formés aux deux endroits de plus grande flexion sont modifiés.

La structure est ensuite construite avec l’ensemble modifié de paramètres d’étape comme fichier d’entrée. Les deux modèles peuvent être visualisés avec un visualiseur moléculaire standard, contrairement à l’analyse d’une seule structure contenant un acide nucléique. Cette partie de la vidéo montrera comment analyser un grand ensemble de structures dans un ensemble de fichiers, en commençant par les noms MD underscore set one PDB et en terminant par un nombre.

La première étape de l’analyse est l’identification des bases appariées obtenues en exécutant le programme find pair comme auparavant, puisque l’ensemble des structures partage le même schéma d’appariement de bases, il faut exécuter find pair une fois sur un fichier représentatif ici, le fichier se terminant par 1001. Cela génère les informations d’appariement de base et les stocke dans le fichier MD au premier niveau de jeu BPS PS. L’étape suivante trouve les paramètres géométriques de l’ensemble des structures à l’aide de l’ensemble Command X 3D ncore. Analyser. Ensuite, les paramètres de corps rigide souhaités peuvent être extraits du fichier de sortie d’aperçu MD lors de la sortie.

Ceci est effectué à l’aide de l’extrait d’ensemble Command X trois DCO. Les angles de roulis sont extraits et un fichier texte séparé par des virgules des angles de roulis est créé. Ce fichier peut être lu dans d’autres programmes pour une analyse et un traçage plus approfondis.

La version la plus récente de 3D NA dispose d’une nouvelle fonctionnalité qui permet à l’utilisateur d’examiner plusieurs structures d’un point de vue commun. La commande de réorientation d’ensemble X trois DCO superpose une collection de structures associées sur une paire de bases commune ou un pas de paire de bases, comme dans les protocoles précédents. La première étape consiste à calculer l’appariement de bases de l’ADN avec le programme de recherche de paires.

Dans ce cas, le fichier d’entrée est deux KEK pdb le fichier contenant les 10 structures de l’opérateur CIA coli, O 3D NA lié à la tête de la protéine répresseur LAC. La réorientation de l’ensemble Command X three DCO alignera les modèles individuels dans une structure multi-modèles sur un cadre de référence commun. Cette commande nécessite à la fois le fichier PDB et le fichier d’appariement de base de l’étape précédente en entrée.

La commande inclut également l’identité de l’étape de la paire de base sur laquelle toutes les structures sont alignées. L’interface Web de W 3D NA comprend certaines fonctionnalités populaires du progiciel 3D NA. Cette partie de la vidéo attire l’attention sur la capacité de construire des modèles tridimensionnels d’ADN décoré de protéines avec le serveur Web.

La première étape de la construction d’un modèle d’ADN décoré de protéines consiste à visiter le site Web de W 3D NA situé à W three d.rutgers.edu. La sélection de la reconstruction dans le menu en haut à gauche de la page active les capacités de construction de modèles en ligne. L’étape suivante consiste à sélectionner le lien du modèle d’ADN protéique lié qui se trouve dans la boîte légèrement ombragée au milieu de la nouvelle page.

Cette sélection activera un menu déroulant, qui permet à l’utilisateur de spécifier le nombre de protéines liées. La sélection du nombre de protéines liées conduit à une nouvelle page de spécification. L’utilisateur peut ensuite taper ou coller dans l’ordre souhaité.

Dans la zone de texte, au milieu de la nouvelle page, il y a un menu déroulant sous la zone de texte pour sélectionner la confirmation hélicoïdale des régions non liées de l’ADN. Il y a une zone de texte près du bas de la page de spécification pour entrer les positions de liaison et les noms de fichier des protéines liées. La position de liaison spécifie l’emplacement du centre du fragment lié à la protéine sur la séquence d’ADN.

Au bas de la page de spécification, il y a une boîte qui permet à l’utilisateur de générer un aperçu de l’ADN lié aux protéines. Dans ce cas, cette case est cochée et le bouton Continuer est cliqué. Cette action génère une page de révision répertoriant les paramètres sélectionnés, ainsi que les erreurs qui ont pu résulter du chevauchement des sites de liaison sélectionnés.

L’utilisateur peut sélectionner le bouton Précédent si des modifications doivent être apportées, ou le bouton de construction pour continuer. La page suivante affiche une image statique du complexe protéique de l’ADN dans son arrangement le plus étendu et permet une visualisation interactive en ligne via et sur le Web. L’utilisateur peut également télécharger un fichier contenant les coordonnées atomiques.

Les outils logiciels 3D NA sont couramment utilisés pour analyser les structures des acides nucléiques. Les valeurs des paramètres du corps rigide révèlent des distorsions dans la structure tridimensionnelle, telles que les deux sites d’ADN extrême se pliant dans le sillon principal avec de grands angles de roulis positifs trouvés aux étapes 13 et 22. Dans le complexe cristallin de l’ADN avec la Borrelia Bergdorf, protéine RHBB.

La capacité du logiciel à reconstruire des structures à partir de ces quantités permet de déterminer comment les étapes individuelles de base et de paire de bases contribuent au pli moléculaire global. Comme illustré ici, la courbure globale de l’ADN induite par HBB reflète plus que les deux distorsions de rôle extrêmes mentionnées ci-dessus. L’ADN reste très incurvé lorsqu’il est reconstruit avec ces étapes de paire de bases redressées.

C’est à ce moment-là que les deux plus grandes valeurs du rôle ont été définies sur zéro. La nouvelle capacité de la NA 3D à examiner un grand nombre de structures apparentées permet d’extraire des motifs dépendants de la séquence et du temps dans les arrangements spatiaux de molécules d’ADN et d’ARN simulées. Par exemple, le revêtement de couleur jaune des angles de roulis entre les paires de bases successives dans deux grands ensembles de structures d’ADN simulées révèle la courbure préférentielle de ces molécules aux étapes de la paire de bases de purines du Permien.

Les valeurs plus élevées de roulis représentées en rouge qui persistent pendant de courtes périodes aux extrémités de l’ADN suggèrent une fusion localisée et un réagement à genoux de la structure en double hélice. Les modèles variables d’autres paramètres du corps rigide, tels que les angles et les distances entre les bases complémentaires, peuvent aider à déchiffrer les distorsions structurelles précises. La capacité du logiciel 3D NA à réorienter des molécules apparentées dans un cadre de référence commun révèle des caractéristiques de la structure globale cachées dans de nombreux fichiers stockés dans la banque de données protéiques.

Par exemple, l’alignement conventionnel de structures apparentées sur la base d’un ajustement quadratique moyen des atomes correspondants produit une série de voies spatiales similaires qui se superposent grossièrement les unes aux autres ici, les 10 modèles basés sur la RMN de l’Esia coli, l’opérateur O 3D NA lié aux pièces de tête de la protéine répressive LAC, La superposition des mêmes structures sur un repère commun sur la paire de cinq bases terminales premières de chaque duplex révèle des distorsions importantes de la structure globale dans laquelle les molécules fléchissent dans des directions sensiblement différentes. La variabilité structurelle peut influencer la facilité avec laquelle la protéine répressive CIA coli LAC se lie à O trois et induit une boucle entre O trois et des opérateurs séquentiellement distants dans le fonctionnement LAC. Comme illustré ici, le placement précis d’une protéine architecturale comme HBB de Borrelia burgdorferi peut avoir un effet spectaculaire sur le repliement global de l’ADN.

Si deux copies de la structure à haute résolution connue sont séparées par 43 paires de bases, une paire de 81 paires de bases, un fragment d’ADN se ferme dans une configuration serrée, presque circulaire. Si les deux protéines sont séparées par cinq paires de bases supplémentaires, l’ADN suit une voie sinueuse ouverte. Les arrangements très différents du duplex décoré de protéines montrent comment l’espacement des protéines architecturales peut affecter la cyclisation ou le bouclage de l’ADN après son développement.

Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la biologie structurale des acides nucléiques pour explorer les interactions entre l’ADN et les protéines, l’ARN, le repliement et la conception de nanoparticules afin de mieux comprendre les défauts de développement et les maladies telles que le cancer et de concevoir de nouvelles thérapies.