Ein neues Modell sagt die Flexibilität der DNA-Bewegung auf molekularer Ebene voraus

Sowohl in der Physik als auch in der Chemie bezieht sich die mesoskopische Skala auf die Längenskala, auf der die Eigenschaften eines Materials oder Phänomens untersucht werden können, ohne in eine Diskussion über das Verhalten einzelner Atome einzutreten. In einem mesoskopischen Modell werden atomare Skalen mit der kontinuierlichen Skala verschmolzen, sodass sie ziemlich schwierig zu entwickeln sind.

Ein neues Modell der DNA-Flexibilität wurde von Kim López-Güell, einer Maths4Life-Studentin, zusammen mit Dr. Federica Battistini unter der Leitung von Dr. Modesto Orozco im Labor für molekulare Modellierung und Bioinformatik am IRB Barcelona entwickelt. Das mithilfe eines kostengünstigen Computerprogramms entwickelte Modell, das die Korrelation und Multimodalität auf Tetramerebene berücksichtigt, liefert Ergebnisse von bisher unerreichter Qualität.

Das Modell zeichnet sich durch seine Präzision und Effizienz auf der Rechenebene aus, was es zu einem alternativen Ansatz macht, um die Dynamik langer DNA-Segmente zu untersuchen und die Möglichkeit eröffnet, näher an die Chromatin-Skala heranzukommen.

„Diese Arbeit ist ein Meilenstein in der mesoskopischen DNA-Simulation. Sie präsentiert eine systematische und umfassende Untersuchung von DNA-Bewegungskorrelationen und eine neue Methode, um sie zu erfassen“, sagt Dr. Battistini, Postdoktorand am IRB Barcelona.

Diese Arbeit, die in Zusammenarbeit mit dem „BioExcel“-Kompetenzzentrum für Computational Biomolecular Research durchgeführt wurde, bietet ein besseres Verständnis der sequenzierungsabhängigen DNA auf der Ebene der Basenpaarauflösung. Eine Vielzahl von Ansätzen und Vereinfachungen wurden verwendet, um dieses Thema über Jahrzehnte zu untersuchen, es ist jedoch nicht gelungen, ein multimodales Modell zu erreichen. Die entwickelte Methode ermöglicht eine lokale und globale Beschreibung mit hoher Präzision für molekulare Simulationen und experimentelle Messungen auf atomarer Ebene.

DNA-Bewegung als Achse

Molekulardynamik ist eine Computertechnik, die die Simulation der Bewegung von DNA, ihrer dimeren, trimeren oder tetrameren Faltung und sogar ihrer Wechselwirkung mit Proteinen und Arzneimitteln ermöglicht. Diese Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, Prozesse zu untersuchen, die auf Zeitskalen von Pikosekunden bis Minuten ablaufen und die für molekulare Systeme unterschiedlicher Größe gelten und daher von zentraler Bedeutung für die Erforschung von Zellfunktionen und Krankheitsmechanismen sind.

Diese Studie verdeutlicht, wie die DNA-Bewegung funktioniert, indem ein Ansatz mit geringem Rechenaufwand verwendet wird, der die Flexibilität und Konformation langer DNA-Stränge vorhersagen kann, die auf RNA-Duplexe und potenziell lange Polymere erweitert werden könnten. Es wird erwartet, dass dieses neue Modell der wissenschaftlichen Gemeinschaft zugute kommt, die mit Nukleinsäuresimulationen arbeitet.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.