3DNAを有する核酸構造の分析と構築

Summary

3DNAソフトウェアパッケージは、解析構成し、三次元の核酸構造を可視化する機能を備えた人気があり、汎用性の高いバイオインフォマティクスツールである。この記事では、個々の構造と関連構造のアンサンブルの両方に適用3DNAで利用可能な新しい、人気の機能のサブセットのための詳細なプロトコルを提示します。

Abstract

3DNAソフトウェアパッケージは、解析構成し、三次元の核酸構造を可視化する機能を備えた人気があり、汎用性の高いバイオインフォマティクスツールである。この記事では、個々の構造と関連構造のアンサンブルの両方に適用3DNAで利用可能な新しい、人気の機能のサブセットのための詳細なプロトコルを提示します。プロトコル1は、ソフトウェアをダウンロードしてインストールするために必要な一連の命令を示しています。これは、塩基対の割り当てと、原子の再構成の記載により、プロトコル3で、構造を記述し、剛体パラメータの決定を含む核酸構造の分析により、プロトコール2において、続くその剛体パラメータから構造のモデル。 3DNAの最新バージョンは、2.1バージョンでは、このような核磁気共鳴（NMR）測定と分子動力学（MDから推定されるような構造のアンサンブルの分析と操作のための新しい機能を持っています）シミュレーション、これらの機能はプロトコル4と5に示されている。 3DNAスタンドアロンのソフトウェアパッケージに加えて、に位置w3DNA Webサーバ、 http://w3dna.rutgers.eduは 、ソフトウェアの選択された機能へのユーザーフレンドリーなインターフェースを提供します。プロトコル6は、ユーザーが指定した位置に結合したタンパク質で飾られた長いDNA分子のモデルを構築するためのサイトの新規な特徴を示しています。

Introduction

DNA、RNA、およびタンパク質、薬物、及び他のリガンドとの複合体の三次元構造を理解し、それらの多様な生物学的機能を解読するための、および治療の合理的な設計を可能にするために重要である。解析（形状や相互作用のパターンを抽出する）、モデリング（エネルギー論と分子動力学を評価する）、および視覚化：そのような構造の探査には、3つの独立した、まだ密接に関連のコンポーネントを必要とする。構造解析とモデル構築は、本質的に表裏一体であり、可視化は、それらの両方を補完するものです。

コンピュータプログラムの3DNAスイートは、分析し構築し、三次元の核酸構造を可視化する機能を備えた人気が高まって、構造バイオインフォマティクスツールキットです。以前の出版物は、ソフトウェア¹の機能を概説し選択したタスク^2を実行するためのレシピを提供する、Webベースのインターフェイスを導入しましたソフトウェア³の一般的な機能には、構造的特徴の提示のデータベースが使用して収集 3DNA ^4,5およびDNAとRNAの構造⁶の両方の解析にソフトウェアの有用性を示すよう^に、7。

この記事の目的は、最先端の計算ツールとDNAとRNAの空間組織を調査するために利益および/またはニーズに実験室の科学者や他の人に3DN....

Protocol

1。ソフトウェア·パッケージのインストール

1. で3DNA Webサイトに接続http://x3dna.orgと3DNAフォーラムへのリンクをクリックします。フォーラム内で 'レジスタ "リンクを選択し、新しいアカウントを作成するための指示に従ってください。
2. デフォルトの 'bashの'シェルとOS XベースのMacintoshコンピュータ上のソフトウェアの次の手順の詳細をインストール。一般的に使用されるシェル（ 'tcshの場合'を含む）と、LinuxまたはWindows（Cygwinは、MinGWの/ MSYS）システムのための手順は、3DNAフォーラム内にあります。
3. ユーザー名とパスワードを確立したら、フォーラムにログインします。ようこそセクションおよび'3 DNAのダウンロード "を選択し、新しいページ上の 'ダウンロード'リンクを選択します。これは、ソフトウェアのさまざまなバージョンをダウンロードできる3DNAダウンロードページにあなたをもたらすでしょう。
4. ソフトウェアを含む圧縮されたtarballファイル（tar.gz形式）をダウンロードするにはMac OS XのIntelのリンクを選択します。
5. ダブルCLICx3dna-V2.1という名前のフォルダを作成する（tar.gz形式....

Results

3DNAソフトウェアツールを定期核酸構造を分析するために使用される。例えば、塩基対のアイデンティティとDNAとRNA構造の二重らせんの断片中の塩基の配列を特徴付ける剛体パラメータが自動的核酸データベース²²の世界的なリポジトリに新しいエントリごとに計算して記憶する核酸構造情報。プロトコール2で決定剛体パラメータの値を容易に見つかり、そのような大きな正のロール角（64.95°、60.93°）で、主溝に曲げ極端なDNAの二部位として、三次元構造の歪みを明らかにするボレリアブルグドルフェリ HBBタンパク質^8（ 図1）の結晶複合体中のステップ13と22 AT·AT。

プロトコル3でこれらの量から構造を再構築するためのソフトウェアの機能はどのよ​​うに決定することが可能になる分離したベースと塩基対のステップが全体の分子倍に貢献しています。 図2に示すように、HBBによって誘導されるDNAの全体的な湾曲は、2つの極端なロール歪みが上述したよりも多くを反映している.......

Discussion

この記事で紹介した一連のプロトコルは、プログラムのみの3DNAスイートの能力に触れる。ツールは等、主鎖に沿っ塩基の重なりを測定するために、螺旋フラグメントの空間的な配置を定量化するために、そのようなペアリングが発生する二次構造のコンテキストを決定するために、非標準塩基対を識別するための構造をRNAに適用することができる再構築コマンドは、ユーザが図1を挿入図に示すような塩基と塩基対を簡単かつ有益なブロック表現を構築することができる。構築ツールはまた、多数の二重、三重、四重鎖DNA構造のモデルを生成するために、所与の構造テンプレート上の "スレッドの異なる配列の特徴を含む、特定方向に配向モデルに等最後に、3DNAがあります;用ARTS Webサーバー核酸²⁷住友電装溶媒和Webサービス：など他のプロジェクトの数に重要な役割を果たした合わせRNA立体構造^28、分子動力学の結果と構造予測²⁹の分析のためのMDDNA Webベースのツール、ハドック情報駆動型タンパク質-DNAのドッキング方法^30、RNA構造^.......