DNA-RNA杂合链结构和柔性的分子动力学模拟研究

论文摘要

DNA-RNA杂合链是细胞生命活动中的重要中间物,如DNA复制和RNA病毒的反转录过程会产生DNA-RNA杂合链。RNA病毒的反转录过程产生的DNA-RNA杂合链是由一条纯的RNA单链和一条纯的DNA单链组成。DNA-RNA杂合链的柔性对其生物功能及其临床应用起着重要的作用,比如RNase H酶的设计和基于DNA-RNA杂合链和RNase H酶作用的反义治疗等。近来研究显示,双链DNA与双链RNA柔性有显著区别,具体表现在伸缩柔性和伸缩-扭转耦合特性方面。然而,目前人们还没有研究DNA-RNA杂合链的伸缩柔性和伸缩-扭转耦合特性以及其与和双链RNA和双链DNA的异同。在本论文中,我们基于AMBER bsc1和χOL3新力场,对DNA-RNA杂合双链的结构及结构柔性进行了全原子分子动力学方法模拟研究。本文的主要结论如下:一,我们基于全原子分子动力学模拟数据计算了DNA-RNA杂合链、双链DNA和双链RNA几乎所有的螺旋参量,并且对DNA-RNA杂合链结构进行了详细的讨论分析。结果显示DNA-RNA杂合链的整体结构处于A型和B型之间并且更加倾向于A型结构,这可能来自于DNA-RNA杂合链中的RNA单链比DNA单链要“硬”些。二,我们定量地研究了DNA-RNA杂合链的伸缩柔性。我们计算结果显示DNA-RNA杂合链的拉伸模量为834 pN,其介于双链DNA和双链RNA的拉伸模量之间（双链RNA为605 pN,双链DNA为1453 pN）,且更接近于双链RNA。进一步分析表明,上述伸缩柔性不同的原因主要是不同双螺旋中碱基对倾斜角（inclination）、相对滑移（slide）的不同。DNA-RNA杂合链的碱基对倾斜角和相对滑移皆处于双链RNA和双链DNA之间且更接近与双链RNA,导致其伸缩柔性更接近于双链RNA。三,我们定量地研究了DNA-RNA杂合链的伸缩-扭转耦合特性。我们计算结果显示DNA-RNA杂合链表现出非常弱的伸缩-扭转耦合（-0.06 nm/turn）,而双链DNA和双链RNA分别表现出较为明显的伸缩-扭转耦合（双链RNA为-0.85 nm/turn,双链DNA为0.59 nm/turn）。进一步分析表明上述不同的伸缩-扭转耦合主要是因为DNA-RNA杂合链的碱基对倾斜角（inclination）处于RNA双链和DNA双链之间,且更接近于双链RNA,导致其伸缩-扭转耦合处于DNA和RNA双螺旋之间且更接近于RNA双链。本文研究全面给出了DNA-RNA杂合链、双链DNA和双链RNA的螺旋参数、拉伸模量以及伸缩-扭转耦合比率,并且定量分析给出了它们柔性不同的微观机制。本文研究有助于对DNA-RNA杂合链结构以及其和双链DNA、双链RNA柔性异同的全面深入理解。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 柳菊荟

导师: 谭志杰

关键词: 杂合链,结构,柔性,伸缩,伸缩扭转耦合

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 武汉大学

分类号: Q52

总页数: 68

文件大小: 4225K

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