КОНФОРМАЦИОННАЯ ПОДВИЖНОСТЬ НУКЛЕОСОМЫ: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
Аннотация
Исследование принципов работы хроматина — одна из краеугольных задач молекулярной биологии, связанная с пониманием процессов эпигенетической регуляции экспрессии генов, репарации ДНК, механизмов наследственности. Элементарной единицей организации хроматина является нуклеосома — комплекс ДНК и белков гистонов. Структура нуклеосомы, полученная методами рентгеновской кристаллографии, некоторое время рассматривалась как конечное основное конформационное состояние нуклеосомы, однако все больше экспериментальных данных указывают на то, что конформационный полиморфизм и динамика нуклеосом непосредственно влияют на функционирование хроматина. Тем не менее отсутствует детальное понимание конформационной динамики нуклеосом на атомистическом уровне. В данной работе мы подошли к решению этой задачи путем моделирования нуклеосомы методом молекулярной динамики в явном растворителе. Исследовалась динамика нуклеосомы на временном промежутке 500 нс. Произведен ковариационный анализ траектории молекулярной динамики системы с последующим исследованием обнаруженных коллективных движений. Изучено распределение молекул воды в системе, предполагается роль внутринуклеосомальной воды.
При поддержке: Российский научный фонд
Об авторах
Григорий Алексеевич Армеев
биологический факультет МГУ
Россия
аспирант кафедры биоинженерии
Россия
аспирант кафедры биоинженерии
Константин Вольдемарович Шайтан
биологический факультет МГУ
Россия
докт. физ-мат. наук, проф. кафедры биоинженерии
Россия
докт. физ-мат. наук, проф. кафедры биоинженерии
Алексей Константинович Шайтан
биологический факультет МГУ
Россия
канд. физ-мат. наук, ст. науч. сотр. кафедры биоинженерии
Россия
канд. физ-мат. наук, ст. науч. сотр. кафедры биоинженерии
Список литературы
1. Kornberg R.D. Chromatin structure: A repeating unit of histones and DNA // Science. 1974. Vol. 184. N 4139. P. 868—871.
2. Luger K., Mader A.W., Richmond R.K., Sargent D.F., Richmond T.J. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 А a resolution // Nature. 1997. Vol. 389. N 6648. P. 251—260.
3. Talbert P.B., Ahmad K., Almouzni G. A unified phylogeny-based nomenclature for histone variants // Epigenet. Chromatin. 2012. Vol. 5. N 1. P. 7.
4. Burgess R.J., Zhang Z. Histone chaperones in nucleosome assembly and human disease // Nat. Struct. Mol. Biol. 2013. Vol. 20. N 1. P. 14—22.
5. Biswas M., Langowski J., Bishop T.C. Atomistic simulations of nucleosomes // Wiley Interdiscip Rev. Comput. Mol. Sci. 2013. Vol. 3. N 4. P. 378—392.
6. Zlatanova J., Bishop T.C., Victor J.M., Jackson V., van Holde K. The nucleosome family: Dynamic and growing // Structure. 2009. Vol. 17. N 2. P. 160—171.
7. Tomschik M., van Holde K., Zlatanova J. Nucleosome dynamics as studied by single-pair fluorescence resonance energy transfer: A reevaluation // J. Fluoresc. 2009. Vol. 19. N 1. P. 53—62.
8. Hondele M., Ladurner A.G. Catch me if you can how the histone chaperone fact capitalizes on nucleosome breathing // Nucleus-Austin. 2013. Vol. 4. N 6. P. 443—449.
9. Mozziconacci J., Victor J.M. Nucleosome gaping supports a functional structure for the 30 nm chromatin fiber // J. Struct. Biol. 2003. Vol. 143. N 1. P. 72—76.
10. Studitsky V.M., Clark D.J., Felsenfeld G. Overcoming a nucleosomal barrier to transcription // Cell. 1995. Vol. 83. N 1. P. 19—27.
11. Flaus A., Rencurel C., Ferreira H., Wiechens N., Owen-Hughes T. Sin mutations alter inherent nucleosome mobility // EMBO J. 2004. Vol. 23. N 2. P. 343—353.
12. Dror R.O., Dirks R.M., Grossman J.P., Xu H.F., Shaw D.E. Biomolecular simulation: A computational microscope for molecular biology // Annu. Rev. Biophys. 2012. Vol. 41. P. 429—452.
13. Lindorff-Larsen K., Piana S., Palmo K., Maragakis P., Klepeis J.L., Dror R.O., Shaw D.E. Improved sidechain torsion potentials for the amber ff99sb protein force field // Proteins. 2010. Vol. 78. N 8. P. 1950—1958.
14. Guy A.T., Piggot T.J., Khalid S. Single-stranded DNA within nanopores: Conformational dynamics and implications for sequencing; a molecular dynamics simulation study // Biophys. J. 2012. Vol. 103. N 5. P. 1028—1036.
15. Davey C.A., Sargent D.F., Luger K., Maeder A.W., Richmond T.J. Solvent mediated interactions in the structure of the nucleosome core particle at 1.9 А resolution // J. Mol. Biol. 2002. Vol. 319. N 5. P. 1097—1113.
16. Banks D.D., Gloss L.M. Equilibrium folding of the core histones: The H3-H4 tetramer is less stable than the H2A-H2B dimer // Biochemistry. 2003. Vol. 42. N 22. P. 6827—6839.
17. Essmann U., Perera L., Berkowitz M.L., Darden T., Lee H., Pedersen L.G. A smooth particle mesh ewald method // J. Chem. Phys. 1995. Vol. 103. N 19. P. 8577—8593.
18. Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocity rescaling // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 126. N 1. P. 014101
19. Nose S., Klein M.L. Constant pressure moleculardynamics for molecular-systems // Mol. Phys. 1983. Vol. 50. N 5. P. 1055—1076.
20. Pronk S., Pall S., Schulz R., Larsson P., Bjelkmar P., Apostolov R., Shirts M.R., Smith J.C., Kasson P.M., van der Spoel D., Hess B., Lindahl E. Gromacs 4.5: A high-throughput and highly parallel open source molecular simulation toolkit // Bioinformatics. 2013. Vol. 29. N 7. P. 845—854.
21. Sadovnichy V., Tikhonravov A., Voevodin V., Opanasenko V. “Lomonosov”: Supercomputing at Moscow State University // Contemporary high performance computing: from petascale toward exascale / Ed. by S.V. Jeffery. Boca Raton: CRC Press, 2013. P. 283—307.
22. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. Vmd: Visual molecular dynamics // J. Mol. Graph. Model. 1996. Vol. 14. N 1. P. 33—38.
23. Shaw D.E. Millisecond-long molecular dynamics simulations of proteins on a special-purpose machine // Biophys. J. 2013. Vol. 104. N 2. P. 45a.
Рецензия
Для цитирования:
Армеев Г.А., Шайтан К.В., Шайтан А.К. КОНФОРМАЦИОННАЯ ПОДВИЖНОСТЬ НУКЛЕОСОМЫ: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2015;(3):49-54.
For citation:
Armeev G.A., Shaitan K.V., Shaytan A.K. CONFORMATIONAL FLEXIBILITY OF NUCLEOSOMES: A MOLECULAR DYNAMICS STUDY. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2015;(3):49-54. (In Russ.)
Просмотров:
424
Послать статью по эл. почте 