Atomik Ölçekli Basamaklamadan Kaba Taneli Difüzyona Kadar DNA Boyunca Transkripsiyon Faktörü Protein Hareketlerinin Yapı Tabanlı Simülasyonu ve Örneklemesi

Bu protokolün amacı, örnek bir sistem olarak bir bitki transkripsiyon faktörü WRKY alan proteini kullanarak, DNA boyunca proteinin tek boyutlu difüzyonunun yapısal dinamiklerini ortaya çıkarmaktır. Markov durum modeli yapısı altındaki atomik simülasyonlar, atomik detaylarda DNA boyunca proteinin 1-bp adım hareketlerini ortaya koymaktadır. Kaba taneli simülasyonlar, DNA boyunca 10 bps'nin üzerinde protein işlemsel difüzyonlarının örneklenmesine odaklanırken.

Başlamak için, 10 mikrosaniyelik bir tüm atom MD yörüngesini kullanarak 10.000 kareyi eşit olarak ileriye doğru çıkarın, bir baz çifti adım yolu. VMD'de Dosya ve Koordinatları Kaydet'e tıklayarak geçiş yolunu VMD'de 10.000 kareyle hazırlayın. Ardından, Seçili Atomlar kutusuna protein veya nükleik yazın.

Çerçeveler kutusunda Çerçeveler'i seçin ve gerekli çerçeveleri almak için Kaydet'i tıklatın. Referansın uzun eksenini DNA'nın kristal yapısından x eksenine hizalayın ve Uzantılar'ı tıklatıp VMD'de TkConsole'u seçerek tam 34 baz çifti DNA'sının başlangıç kütle merkezini koordinat uzayının kökeninde ayarlayın. Daha sonra, komutu TkConsole komut penceresine yazın.

Ardından, VMD'ye tıklayarak kök ortalamasını hesaplayın, ardından Uzantılar'a gidin, Analiz'e tıklayın ve RMSD Yörünge Aracı'nı seçin. Atom seçim kutusuna nükleik ve kalıntı 14 ila 23 ve 46 ila 55 yazın. HIZALAMA'yı ve ardından RMSD kutusunu tıklatın.

DNA teta T etrafındaki proteinin dönme derecesini hesaplamak için, MATLAB'daki XY düzleminde, teta 0 olarak tanımlanan ilk açısal konumlandırma ile, komutu yürütün. K-means yöntemlerini kullanmak için MATLAB'a yönergeleri girin ve 10.000 yapıyı 25 küme halinde sınıflandırın. İşiniz bittiğinde, daha fazla MD simülasyonu için 25 küme merkezinin yapılarını toplayın.

İlk tur MD simülasyonunu yürütmek için, GROMACS ve yapı sistemi sh dosyasını kullanarak 25 yapı için atomistik bir sistem oluşturun. NPT topluluğu altındaki 25 sistem için 60 nanosaniye MD simülasyonlarını, komutu kabukta işleyerek iki femtosaniyelik bir zaman adımıyla gerçekleştirin. İlk tur MD yörüngelerini kümelemek için, her simülasyon yörüngesinin ilk 10 nanosaniyesini kaldırın ve 25 kez 50 nanosaniyelik yörüngelerden onaylar toplayın.

Zamandan bağımsız bileşen analizi için, senaryoyu GROMACS'a girin, ardından giriş parametreleri projeksiyonu olarak protein ve DNA arasındaki mesafe çiftlerini seçin. Dizinden. ndx dosyasına, yeni bir metin dosyası dizinine.dat.

Bu atomlar arasındaki çift bilgisini almak için Python betiğini kullanın. MSMBuilder komut penceresindeki her yörüngeden 415 uzaklık çiftini hesaplayın. Ardından, komutu yürüterek verilerin boyutunu ilk iki kez bağımsız bileşenlere veya vektörlere indirgemek için zamandan bağımsız bir bileşen analizi yapın.

Talimatın MSMBuilder'da işlenmesiyle, öngörülen veri kümelerini servis talebi merkezi yöntemini kullanarak 100 kümede kümeleyin ve her kümenin merkez yapısını seçin. İkinci tur MD simülasyonunu yürütmek için, 100 başlangıç yapısından başlayarak 60 nanosaniye MD simülasyonu yapın. Tüm atomlara rastgele başlangıç hızları uyguladıktan sonra, MDP dosyasındaki Hız üretimini açarak rastgele başlangıç hızlarını ekleyin.

Daha önce açıklandığı gibi her simülasyonun ilk 10 nanosaniyesini kaldırın. Ve MSM'yi oluşturmak için 100 kez 50 nanosaniyelik yörüngelerden eşit olarak 2.500.000 anlık görüntü toplayın. İkinci tur MD yörüngelerini kümelemek için, MSMBuilder'daki ikinci tur yörüngeleri için zamandan bağımsız bileşen analizini gösterildiği gibi yapın.

Ve Python betiğini çalıştırarak parametreleri doğrulamak için ima edilen zaman ölçeğini hesaplayın. Ardından, parametreleri değiştirerek gecikme süresi tau ve mikro durum sayısını değiştirin. Komutu yürüterek onayları 500 küme halinde sınıflandırın.

MSM inşaatı için, 500 mikro durumu üç ila altı makro duruma toplayın. Python betiğini kullanarak MSMBuilder'daki PCCAplus algoritmasına göre en uygun makro durumlarının sayısını bulmak için. Yüksek boyutlu onayları, her mikro durum için DNA boyunca proteinin X ve dönme açısına eşleyin.

Ortalama ilk geçiş sürelerini hesaplamak için, Monte Carlo'nun zaman adımı olarak ayarlanan 10 nanosaniyelik gecikme süresi ile 500 mikro durumlu MSM'nin geçiş olasılığı matrisine dayanan beş adet 10 milisaniyelik Monte Carlo yörüngesi yürütün. Python betiğindeki her makro durum çifti arasındaki ortalama ilk geçiş sürelerini ve Bash dosyasını kullanarak ortalama ilk geçiş sürelerinin standart hata ortalamasını hesaplayın. CafeMol 3.0 yazılımında, terminaldeki komutu yürüterek kurs taneli simülasyonu çalıştırın.

Giriş dosyasındaki blokları belirttikten sonra, dosya adları bloğunu ve job_cntl bloğunu tek tek komutlarla ayarlayın. Ardından, unit_and_state bloğunu ayarlayın, ardından energy_function bloğunu ve md_information bloğunu ayarlayın. DNA üzerindeki tüm protein onayları, uzunlamasına hareket X ve proteinin DNA boyunca dönme açısı ile eşleştirildi ve bu da üç makro duruma daha fazla kümelenebildi.

Hidrojen bağları modellenen yapıya benzer olduğu için S1 durumu daha az elverişlidir, oysa S3, tüm hidrojen bağlarının bir baz çifti adımından sonra kaydığı ve% 63'lük en yüksek popülasyonla kararlı göründüğü metastabil bir durumu ifade ederAra durum S2, S1 ve S3'ü% 30'luk orta yüksek bir nüfusla bağlarS2'nin S3'e geçişi, hidrojen bağlarının yaklaşık yedi yılda toplu olarak kırılmasına ve reforme edilmesine izin verir. mikrosaniyeler içindeyken, S1'den S2'ye geçiş yaklaşık 0,06 mikrosaniye içinde gerçekleşebilir. Protein ve DNA arasındaki temas numaraları hesaplandı ve dört durum tanımlandı. 1 ve 3 numaralı durumlarda, çinko parmak bölgesi Y yönüne doğru bağlanır.

Oysa 2 ve 3 numaralı durumlarda, çinko parmak bölgesi Y yönüne doğru bağlanır. Farklı DNA dizileri üzerindeki her korunmuş kalıntı için basamaklama boyutu ölçüldü, bu da bu kalıntıların basamak boyutlarının poliA DNA'sında poliAT veya rastgele DNA dizilerinden daha fazla senkronize olduğunu ortaya koydu. Markov durum modeli yapımındaki önemli adımlar, protein ve DNA veri onarımları arasındaki mesafe çiftlerini 1-bp adım hareketlerine seçmek ve uygun sayıda mikro durum ve makro durumun seçilmesidir.