Структурно-ориентированное моделирование и отбор проб движения белка транскрипционного фактора вдоль ДНК от ступенчатого шага атомного масштаба до крупнозернистой диффузии

Chao E; Liqiang Dai; Jiaqi Tian; Lin-Tai Da; Jin Yu

doi:10.3791/63406

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Структурно-ориентированное моделирование и отбор проб движения белка транскрипционного фактора вдоль ДНК от ступенчатого шага атомного масштаба до крупнозернистой диффузии

2.7K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/63406

⸱

1 марта 2022 г.

Chao E^*¹ , Liqiang Dai^*¹^,² , Jiaqi Tian³^,⁴ , Lin-Tai Da⁴ , Jin Yu⁵^,⁶^,⁷

¹Beijing Computational Science Research Center, ²Shenzhen JL Computational Science and Applied Research Institute, ³School of Medical Informatics and Engineering, Xuzhou Medical University, ⁴Key Laboratory of Systems Biomedicine (Ministry of Education), Shanghai Center for Systems Biomedicine, Shanghai Jiao Tong University, ⁵Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, ⁶Department of Chemistry, University of California, Irvine, ⁷NSF-Simons Center for Multiscale Cell Fate Research, University of California, Irvine

^* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Целью данного протокола является выявление структурной динамики одномерной диффузии белка по ДНК с использованием в качестве образцовой системы растительного транскрипционного фактора WRKY доменного белка. Для этого было реализовано как атомистическое, так и крупнозернистое моделирование молекулярной динамики, а также обширные вычислительные выборки.

Аннотация

Одномерное (1-D) скольжение белка транскрипционного фактора (TF) вдоль ДНК необходимо для облегченной диффузии TF для обнаружения целевого участка ДНК для генетической регуляции. Обнаружение разрешения пары оснований (bp) tf, скользящего или наступающего на ДНК, все еще экспериментально сложно. Недавно мы выполнили моделирование молекулярной динамики всех атомов (MD), фиксирующее спонтанное 1-bp степпинг небольшого белка TF домена WRKY вдоль ДНК. Основываясь на 10 мкс ступенчатого пути WRKY, полученном в результате такого моделирования, протокол здесь показывает, как проводить более обширные конформационные выборки систем TF-ДНК путем построения модели состояния Маркова (MSM) для степпинга белка 1-bp с различным количеством микро- и макро-состояний, протестированных для построения MSM. Чтобы исследовать процессный 1-D диффузионный поиск белка TF вместе со структурной основой, протокол дополнительно показывает, как проводить крупнозернистое (CG) MD-моделирование для выборки долгосрочной масштабной динамики системы. Такое CG-моделирование и симуляции особенно полезны для выявления электростатического воздействия белка-ДНК на процессивные диффузионные движения белка TF выше десятков микросекунд по сравнению с субмикросекундами до микросекунд ступенчатыми движениями белка, выявленными в результате моделирования всех атомов.

Введение

Транскрипционные факторы (TF) ищут целевую ДНК для связывания и регулирования транскрипции генов и связанных с ней действий¹. Помимо трехмерной (3D) диффузии, было предложено, чтобы облегченная диффузия TF была необходима для поиска целевой ДНК, в котором белки также могут скользить или прыгать по одномерной (1D) ДНК или прыгать с межсегментальным переносом на ДНК 2,3,4,5,6,7.

В недавнем исследовании....