3DNA과 핵산의 구조를 분석하고 구축

이 절차의 전반적인 목표는 실험실 과학자 및 기타 사람들에게 3D NA 프로그램 제품군을 제공하여 최첨단 계산 도구로 DNA 및 RNA 공간 조직을 조사하는 것입니다. 이것은 먼저 3D NA 포럼에서 소프트웨어를 다운로드하고 로컬 컴퓨터에 설치하면 수행됩니다. 두 번째 단계는 구성 염기쌍 단계 수준에서 대표적인 DNA 구조를 분석하는 것입니다.

다음으로, 동일한 DNA 구조가 염기쌍 단계 수준에서 수정된 다음 새로 정의된 염기쌍 단계 매개변수를 사용하여 재구축됩니다. 다음 단계는 관련 구조의 대규모 앙상블을 분석하는 것입니다. 마지막 단계는 구조의 전체 왜곡을 시각화하기 위해 공통 참조 프레임에서 관련 DNA 구조 세트를 정렬하는 것입니다.

궁극적으로, 3D NA 도구는 약물 및 단백질에 결합된 단계를 포함하여 개별 염기쌍 단계가 DNA의 전체 접힘에 어떻게 기여하는지 조사하고 상당한 전체 왜곡의 위치와 방향을 식별하는 데 사용됩니다. 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 소프트웨어가 견고하고 다양한 핵산 함유 구조에 광범위하게 적용할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 게놈이 3차원으로 어떻게 구성되는지, DNA가 어떤 종류의 변형을 채택할 수 있는지와 같은 생화학 및 생물 물리학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

소프트웨어 패키지 설치를 시작하려면 3개의 DA website@xthreed. org에 연결하고 포럼 내 3D NA 포럼 링크를 클릭하십시오. 등록 링크를 선택하고 지침에 따라 새 계정을 만듭니다.

사용자 이름과 비밀번호가 설정되면 포럼에 로그인하고 시작 섹션에서 다운로드 링크를 선택한 다음 새 페이지에서 3D NA 다운로드를 선택합니다. tar gz 파일을 두 번 클릭하여 3D NA 소프트웨어가 포함된 X 3D NA dash V 2.1이라는 폴더를 만듭니다. 일반적으로 Macintosh의 유틸리티에서 찾을 수 있는 터미널 응용 프로그램을 열고 X 3D NA dash V 2.1 디렉토리로 변경합니다.

3D NA가 제대로 작동하는 데 필요한 설정 스크립트를 실행합니다. 이 비디오에 사용된 모든 명령은 텍스트 프로토콜에서 찾을 수 있습니다. 그런 다음 화면에 인쇄된 것처럼 보이는 두 줄 내보내기 설정을 복사합니다.

사용자가 응용 프로그램 디렉토리에 소프트웨어를 배치한 경우 다음과 같이 두 줄이 나타나야 합니다. applications 디렉토리에 있는 텍스트 편집 응용 프로그램을 엽니다. 형식 메뉴에서 Make plain text(일반 텍스트 만들기)를 선택합니다.

BRC 파일이 있는 경우 파일을 텍스트로 열고 파일 끝에 내보내기 설정을 편집하여 붙여넣습니다. 그렇지 않은 경우 bash RC 파일이 있으면 내보내기 설정을 빈 파일에 붙여넣고 홈 디렉토리에 bash RC 파일 이름으로 저장합니다. 새 설정을 사용할 수 있도록 하려면 터미널 프로그램 내에서 새로 저장된 Bash RC 파일을 실행합니다.

이 비디오는 박테리아 Borrelia bergdorf 눈의 HBB 단백질에 결합된 DNA인 대표적인 핵산 구조의 분석을 보여줍니다. 3D NA 해석의 첫 번째 단계는 쌍을 이루는 모든 염기를 나열하는 파일을 만드는 것입니다. 이것은 NP 2, MP 2 pdb에 파일에 저장된 원자 구조에 Find para 프로그램을 적용하는 명령을 입력하여 수행됩니다.

분석의 다음 단계는 구조를 특징짓는 기하학적 매개변수를 결정하는 것입니다. analyze 명령은 기본 쌍 파일을 입력으로 사용하고 작업 디렉토리에 표시되는 여러 출력 파일을 만듭니다. 그런 다음 기하학적 값은 2MP, 2bps를 입력하여 계산할 수 있습니다.

생성된 출력 파일에는 계산된 매개변수의 개요가 포함된 2개의 MP 투 출력과 핵산 구조 분석 외에도 강체 매개변수 목록이 포함된 bpco step par가 포함되며, 3D NA 소프트웨어는 대략적인 원자 모델을 생성하기 위해 rebuild 명령을 사용하여 강체 매개변수에서 구조 모델을 구축할 수 있는 기능을 제공합니다. 여기에는 backbone 및 base atoms에 대한 좌표가 포함됩니다. 텍스트에 나열된 명령을 입력합니다. 이 명령은 3D NA에 강체 매개변수에서 모델을 구성할 때 표준 BDNA 백본 확인을 도입하도록 지시합니다.

그런 다음 H-B-B-D-N-A 구조에 있는 강체 매개변수가 있는 이중 나선형 모델을 적절한 명령을 입력하여 빌드할 수 있습니다. bpco 단계 파 파일을 편집하여 수정된 구조를 생성할 수 있습니다. 여기서, 가장 큰 굽힘의 두 부위에 형성된 극단적인 롤 각도가 수정됩니다.

그런 다음 수정된 단계 매개 변수 집합을 입력 파일로 사용하여 구조를 빌드합니다. 두 모델은 단일 핵산 함유 구조의 분석과 대조적으로 표준 분자 뷰어로 볼 수 있습니다. 비디오의 이 부분에서는 MD 밑줄 세트 1 PDB라는 이름으로 시작하여 숫자로 끝나는 파일 집합의 대규모 구조 앙상블을 분석하는 방법을 보여 줍니다.

분석의 첫 번째 단계는 이전과 같이 find pair 프로그램을 실행하여 얻은 쌍을 이루는 염기를 식별하는 것인데, 전체 구조 세트가 동일한 염기 쌍 체계를 공유하기 때문에 여기에서 1001로 끝나는 파일에서 하나의 대표 파일에 대해 find pair를 한 번 실행해야 합니다. 이것은 베이스 페어링 정보를 생성하고, 이를 세트 1 BPS PS에서 파일(MD)에 저장한다. 다음 단계에서는 Command X 3D ncore 앙상블을 사용하여 전체 구조 세트의 기하학적 매개변수를 찾습니다. 분석. 그런 다음 원하는 강체 매개변수를 세트 1 출력의 개요 출력 파일 MD 에서 추출할 수 있습니다.

이 작업은 Command X three DCO 앙상블 추출을 사용하여 수행됩니다. 롤 각도가 추출되고 롤 각도의 쉼표로 구분된 텍스트 파일이 생성됩니다. 이 파일은 추가 분석 및 플로팅을 위해 다른 프로그램으로 읽을 수 있습니다.

최신 버전의 3D NA에는 사용자가 공통된 관점에서 여러 구조를 볼 수 있는 새로운 기능이 있습니다. X three DCO ensemble reorient 명령은 이전 프로토콜에서와 같이 공통 염기 쌍 또는 염기 쌍 단계에서 관련 구조의 집합을 겹칩니다. 첫 번째 단계는 찾기 쌍 프로그램을 사용하여 DNA의 염기쌍을 계산하는 것입니다.

이 경우, 입력 파일은 2 개의 KEK pdb이며, CIA 대장균의 10 가지 구조를 포함하는 파일, LAC Repressor 단백질의 헤드 피스에 결합 된 O 3D NA 연산자입니다. Command X three DCO 앙상블 방향 조정은 공통 참조 프레임에서 다중 모델 구조로 개별 모델을 정렬합니다. 이 명령을 사용하려면 PDB 파일과 이전 단계의 기본 페어링 파일이 모두 입력으로 필요합니다.

또한 명령에는 모든 구조체가 정렬되는 기본 쌍 단계의 ID가 포함됩니다. W 3D NA 웹 인터페이스에는 3D NA 소프트웨어 패키지의 몇 가지 인기 있는 기능이 포함되어 있습니다. 비디오의 이 부분에서는 웹 서버를 사용하여 단백질로 장식된 DNA의 3차원 모델을 구축할 수 있는 기능에 주목합니다.

단백질로 장식된 DNA 모델을 구축하는 첫 번째 단계는 W three d.rutgers.edu 에 위치한 W 3D NA 웹사이트를 방문하는 것입니다. 페이지의 왼쪽 상단에 있는 메뉴에서 재구성을 선택하면 온라인 모델 구축 기능이 활성화됩니다. 다음 단계는 새 페이지 중간에 있는 밝은 음영 상자에 있는 결합된 단백질 DNA 템플릿 링크를 선택하는 것입니다.

이 선택은 사용자가 결합된 단백질의 수를 지정할 수 있는 풀다운 메뉴를 활성화합니다. 결합된 단백질의 수를 선택하면 새로운 사양 페이지로 이어집니다. 그런 다음 사용자는 원하는 순서로 입력하거나 붙여넣을 수 있습니다.

텍스트 상자의 새 페이지 중간에는 텍스트 상자 아래에 풀다운 메뉴가 있어 DNA의 결합되지 않은 영역에 대한 나선형 확인을 선택할 수 있습니다. 사양 페이지 하단 근처에 결합된 단백질의 결합 위치와 파일 이름을 입력할 수 있는 텍스트 상자가 있습니다. 결합 위치는 DNA 염기서열에서 단백질 결합 단편의 중심 위치를 지정합니다.

사양 페이지의 하단에는 사용자가 단백질 결합 DNA의 미리보기를 생성할 수 있는 상자가 있습니다. 이 경우 해당 상자가 선택되고 계속 버튼을 클릭합니다. 이 작업은 선택한 매개 변수와 선택한 바인딩 사이트의 중복으로 인해 발생할 수 있는 오류를 나열하는 검토 페이지를 생성합니다.

사용자는 변경해야 하는 경우 뒤로 단추를 선택하거나 빌드 단추를 선택하여 계속 진행할 수 있습니다. 다음 페이지는 가장 확장된 배열로 DNA 단백질 복합체의 정적 이미지를 표시하고 웹을 통한 온라인 대화형 시각화를 가능하게 합니다. 사용자는 원자 좌표가 포함된 파일을 다운로드할 수도 있습니다.

3D NA 소프트웨어 도구는 핵산 구조를 분석하는 데 일상적으로 사용됩니다. 강체 매개변수의 값은 13단계와 22단계에서 발견되는 큰 양의 롤 각도를 가지고 주요 홈으로 구부러진 극단적인 DNA의 두 부위와 같은 3차원 구조의 왜곡을 나타냅니다. Borrelia Bergdorf를 가진 DNA의 결정 복합물에서는, RHBB 단백질.

이러한 양으로부터 구조를 재구축할 수 있는 소프트웨어의 기능을 통해 개별 염기 및 염기쌍 단계가 전체 분자 접힘에 어떻게 기여하는지 확인할 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있듯이, HBB에 의해 유도된 DNA의 전체적인 굴곡은 위에서 언급한 두 가지 극단적인 역할 왜곡 이상을 반영합니다. DNA는 이러한 염기쌍 단계를 곧게 펴고 재구성될 때 매우 구부러진 상태로 유지됩니다.

이때 역할의 가장 큰 두 값이 0으로 설정되었습니다. 많은 수의 관련 구조를 검사할 수 있는 3D NA의 새로운 기능을 통해 시뮬레이션된 DNA 및 RNA 분자의 공간 배열에서 시퀀스 및 시간 종속 패턴을 모두 추출할 수 있습니다. 예를 들어, 시뮬레이션된 DNA 구조의 두 개의 큰 세트에서 연속적인 염기쌍 사이의 롤 각도의 노란색 코팅은 페름기 퓨린 염기쌍 단계에서 이러한 분자의 우선적인 굽힘을 나타냅니다.

DNA의 끝에서 짧은 기간 동안 지속되는 빨간색으로 표시된 롤의 더 높은 값은 이중 나선 구조의 국부적 인 용융 및 다시 무릎을 꿇는 것을 암시합니다. 상보적 기저 사이의 각도 및 거리와 같은 다른 강체 매개변수의 변동 패턴은 정확한 구조적 왜곡을 해독하는 데 도움이 될 수 있습니다. 공통 참조 프레임에서 관련 분자의 방향을 재배치하는 3D NA 소프트웨어의 기능은 단백질 데이터 뱅크에 저장된 많은 파일에 숨겨진 전체 구조의 특징을 보여줍니다.

예를 들어, 해당 원자의 제곱 평균 제곱근 적합을 기반으로 한 관련 구조의 종래의 정렬은 여기에서 대략 서로 겹쳐지는 일련의 유사한 공간 경로를 생성하고, Esia coli의 10 NMR 기반 모델, LAC 억제 단백질의 머리 조각에 결합된 O 3D NA 연산자, 각 듀플렉스의 5개 프라임 말단 기저 쌍의 공통 좌표 프레임에서 동일한 구조의 상위 위치는 분자가 상당히 다른 방향으로 굴곡되는 전체 구조의 상당한 왜곡을 나타냅니다. 구조적 가변성은 CIA 대장균 LAC 억제 단백질이 O 3와 결합하고 LAC 작업에서 O 3과 순차적으로 먼 연산자 사이의 루프를 유도하는 용이성에 영향을 미칠 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있듯이, 보렐리아 부르그도르페리(Borrelia burgdorferi)의 HBB와 같은 구조적 단백질의 정확한 배치는 DNA의 전체 접힘에 극적인 영향을 미칠 수 있습니다.

알려진 고분해능 구조의 두 사본이 43개의 염기쌍, 즉 81개의 염기쌍으로 분리되면 DNA 단편은 단단하고 거의 원형에 가까운 구성으로 닫힙니다. 두 단백질이 추가로 5개의 염기쌍에 의해 분리되면 DNA는 열린 구불구불한 경로를 따릅니다. 장식된 단백질의 매우 다른 배열은 건축 단백질의 간격이 DNA의 발달 후 고리화 또는 반복에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 보여줍니다.

이 기술은 핵산 구조 생물학 분야의 연구자들이 암과 같은 발달 결함 및 질병에 대한 이해를 높이고 새로운 치료법을 설계하기 위해 DNA 단백질 상호 작용, RNA, 접힘 및 나노 입자 설계를 탐구