从核小体高分辨率结构推断粗粒化组蛋白-DNA 相互作用势

核小体中的组蛋白-DNA 相互作用是基因组压缩与调控的基本机制，尽管对该复合物的结构认识日益增长，这一机制在很大程度上仍不为人知。在此，我们提出一个从一系列高分辨率结构中提取纳米尺度组蛋白-DNA 力场的框架，该框架可适用于更广泛的蛋白质-DNA 复合物类别。我们将此方法应用于一个大型晶体学数据库，并辅以分子动力学模拟的快照。结构模型的比较首先表明，在组蛋白-DNA 接触位点，DNA 碱基对局部向外偏移，这与组蛋白施加的局部排斥力一致。第二步，我们证明所分析结构的各种力分布局部源自一个唯一的、序列无关的二次排斥力场，而序列偏好完全归因于 DNA 内部力学。由此，我们获得了首个基于知识的核小体中组蛋白-DNA 相互作用的纳米尺度势。在此势下弛豫具有高亲和力序列的核小体 DNA 所得到的构象，准确地重现了结合偏好的实验值。最后，我们通过计算具有序列平均性质的核小体 DNA 构象，探讨了与核小体中 80% 基因组序列相关的更一般的结合机制。发现此构象不同于晶体中所见的构象，分析表明排斥性组蛋白力与核小体 DNA 中的局部拉伸张力有关，该张力主要存在于相邻接触点之间。这种张力可能在复合物的稳定性中发挥作用。