Simulação baseada em estrutura e amostragem de movimentos de proteína do fator de transcrição ao longo do DNA de pisando em escala atômica para difusão grosseira

Summary

O objetivo deste protocolo é revelar a dinâmica estrutural da difusão unidimensional de proteína ao longo do DNA, usando um fator de transcrição vegetal proteína de domínio WRKY como um sistema exemplar. Para isso, foram implementadas simulações de dinâmica molecular atomística e grosseira, juntamente com extensas amostras computacionais.

Abstract

O deslizamento unidimensional (1-D) da proteína fator de transcrição (TF) ao longo do DNA é essencial para a difusão facilitada do TF para localizar o local de DNA alvo para regulação genética. Detectar a resolução do par de bases (bp) do TF deslizando ou pisando no DNA ainda é experimentalmente desafiador. Recentemente realizamos simulações de dinâmica molecular de todos os átomos (MD) capturando um passo espontâneo de 1 bp de uma pequena proteína TF de domínio WRKY ao longo do DNA. Com base no caminho de 10 μs WRKY obtido a partir de tais simulações, o protocolo aqui mostra como realizar amostras conformais mais extensas dos sistemas TF-DNA, construindo o modelo de estado markov (MSM) para a pisada de proteína de 1 bp, com vários números de micro e macro-estados testados para a construção do MSM. A fim de examinar a busca difusiva 1D processiva da proteína TF ao longo do DNA com base estrutural, o protocolo mostra ainda como realizar simulações de MD de grãos grosseiros (CG) para amostrar dinâmicas de escala de longo prazo do sistema. Tais modelagem e simulações de CG são particularmente úteis para revelar os impactos eletrostáticos de DNA proteico nos movimentos difusivos processivos da proteína TF acima de dezenas de microssegundos, em comparação com sub-microsegundos a movimentos de pisando proteicos microsegundos revelados a partir das simulações de todos os átomos.

Introduction

Fatores de transcrição (TF) buscam o DNA alvo para vincular e regular a transcrição genética e as atividades relacionadas¹. Além da difusão tridimensional (3D), a difusão facilitada de TF tem sido sugerida como essencial para a busca de DNA alvo, na qual as proteínas também podem deslizar ou saltar ao longo do DNA unidimensional (1D) ou saltar com transferência intersegmental no DNA 2,3,4,5,6,7.

Em u....

Protocol

1. Construção do modelo de estado markov (MSM) a partir de simulações atômicas de MD

1. Caminho de passo de proteína espontânea e coleta de estruturas iniciais
   1. Use uma trajetória de 10 μs md de 10 μs de todos os átomos⁸ para extrair 10000 quadros uniformemente de um caminho de 1 bp "para a frente" (ou seja, um quadro para cada nanossegundo). O número total de quadros precisa ser suficientemente grande para incluir todas as conformações representativas.
   2. Prepare o caminho de transição com 10000 quadros em VMD clicando em Arquivo > Salve coordenadas, digite proteína ou nucleic na caixa de....

Results

Deslizamento acoplado de rotação ou 1 bp de piso de WRKY da construção msm
Todas as conformações proteicas no DNA são mapeadas para o movimento longitudinal X e ângulo de rotação da proteína COM ao longo do DNA (ver Figura 3A). O acoplamento linear desses dois graus indica um passo acoplado de rotação da proteína de domínio WRKY no DNA. As conformações podem ser agrupadas em 3 macroestações (S1, S2 e S3) no MSM. O passo para a frente do WRKY segue então a transição macroe.......

Discussion

Este trabalho aborda como realizar simulações computacionais baseadas em estrutura e amostras para revelar um fator de transcrição ou proteína TF movendo-se ao longo do DNA, não apenas no detalhe atômico da pisada, mas também na difusão processiva, que é essencial para a difusão facilitada de TF na busca de alvos de DNA. Para isso, o modelo de estado markov ou MSM de uma pequena proteína de domínio TF WRKY pisando para 1-bp ao longo de DNA poli-A homogêneo foi construído pela primeira vez, de modo que um conjunto de conf.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
CafeMol	Simulações de granulação grossa (CG)	da Universidade
GROMACS	Universidade de Groningen Instituto Real de Tecnologia Universidade de Uppsala		software de simulações de dinâmica molecular
Matlab	MathWorks		Software de cálculo numérico
MSMbuilder	Universidade		construir MSM
VMD	Programa de visualização molecular da UNIVERSIDADE DE ILLINOIS EM URBANA-CHAMPAIGN