cgNA+min: 计算序列依赖的dsDNA能量最小化微环构型
生物大分子
2024-11-12 v1 软凝聚态物质
生物物理
摘要
DNA微环是闭合的双链DNA（dsDNA）片段，已被证明是理解超螺旋或应力DNA力学的重要实验工具，如核小体定位和DNA-蛋白质相互作用。特定的微环可以使用分子动力学（MD）模拟进行仿真。然而，庞大的序列空间使得通过实验或MD穷举探索DNA微环的序列依赖力学变得不可行。对于线性片段，cgNA+模型是一种计算高效的序列依赖粗粒化模型，使用增强的Curves+内部坐标（刚性碱基加刚性磷酸基团）描述双链核酸（dsNAs），在与MD模拟相比时，对任意序列预测高度准确的非局域序列依赖平衡分布。本文解决了对序列依赖的拓扑闭合因此存在应力的dsDNA片段进行建模的问题。我们引入了cgNA+min，即cgNA+框架内的计算方法，将cgNA+模型的适用性扩展到计算各种长度和连接数（Lk）的共价闭合dsDNA微环的序列依赖能量最小化构型。主要思路是推导适当的链式法则，用四元数表示cgNA+能量，其中闭合条件易于处理。我们还提出了一种半解析方法，用于高效计算具有任意Lk和长度的序列依赖初始微环。对于不同类别和长度的序列，我们证明使用cgNA+min计算的dsDNA微环能量与从实验测量的J因子值近似得到的能量吻合良好。最后，我们展示了长度超过120K的随机DNA序列的微环形状、能量和Lk多重性。
引用
@article{arxiv.2411.06036,
title = {cgNA+min: computation of sequence-dependent dsDNA energy-minimising minicircle configurations},
author = {Raushan Singh and Jaroslaw Glowacki and Marius Beaud and Federica Padovano and Robert S. Manning and John H. Maddocks},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.06036},
year = {2024}
}