Flexibilitat en els àcids nucleics: Un estudi de dinàmica molecular, La

• Main Author: Noy Freixa, Agnès
• Other Authors: Luque Garriga, F. Xavier
• Format: Doctoral Thesis
• Language: Catalan
• Published: Universitat de Barcelona 2008
• Subjects: Transició (Genètica); Híbrid ADN-ARN; Dinàmica molecular; Ciències Experimentals i Matemàtiques; 544
• Online Access: http://hdl.handle.net/10803/2756; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:9788469151815

L'estat de l'art de les simulacions de dinàmica molecular és utilitzat per estudiar l'estructura, dinàmica, propietats d'interacció molecular i flexibilitat dels dúplexs d'ADN i ARN en solució acuosa. Les nostres simulacions suggereixen que el concepte de flexibilitat, rigidesa i deformabilitat són molt més complexes del que habitualment es creu, i que per tant no és sempre veritat que l'ADN sigui més flexible que l'ARN.La dinàmica molecular és a més utilitzada per investigar les propietats del híbrid ADN·ARN en solució acuosa i a temperatura ambient. Els resultats obtinguts de la dinàmica esencial i de l'anàlisis d'elasticitat demostren el patró asimètric de flexibilitat del híbrid i la forta predilecció de cada cadena per mantenir els seus moviments intrínsics propis dels homodúplexs. Són debatits les implicacions de les propietats estructurals i dinàmiques úniques del híbrid ADN·ARN en el mecanisme de la RNAsa H.L'estructura i les propietats dinàmiques dels diferents dúplexs antisentit (ADN·ARN, 2'OMe-ADN·ARN, 2'F-AAN·ARN, C5(Y)-propynyl-ADN·ARN, AAN·ARN) i els dúplexs control (ADN·ADN i ARN·ARN) han sigut determinats per llargues simulacions de dinàmica molecular. L'anàlisis de les trajectories donen informació dels determinants moleculars que permeten a la RNAsa H reconèixer i degradar algunes molècules mentre que altres amb una conformació aparentment similar no són afectades.Finalment, explorem la possibilitat de determinar teòricament el canvi d'energia lliure associat a les grans transicions conformacionals de l'ADN, com el canvi B↔A induït per una modificació en el solvent. Trobem que la combinació de dinàmica molecular diana o targeted molecular dynamics i el mètode d'anàlisis dels histogrames ponderats (WHAM, weighted histogram analysis method) poden ser utilitzats per traçar aquesta transició en aigua i etanol/aigua. El camí de la transició en el sentit A→B és un reflexe del trobat en B→A i és dominat per dos processos que passen de manera independent: canvis locals en la conformació del sucre i adabtacions globals de l'estructura. La transició B↔A es pot exlicar com un procés cuasi-harmònic que segueix de ben aprop el primer mode de deformació espontani de l'ADN, mostrant que les deformacions fisiològicament importants estan codificades en el patró de flexibilitat intrínsic de l'ADN. === El estado del arte de las simulaciones de dinámica molecular es utilizado para estudiar la estructura, dinámica, propiedades de interacción molecular y flexibilidad de los dúplexs de ADN y ARN en solución acuosa. Nuestras simulaciones sugieren que el concepto de flexibilidad, rigidez y deformabilidad son mucho más complejos de lo que habitualmente se cree, y que por lo tanto no es siempre verdad que el ADN sea más flexible que el ARN.La dinámica molecular es además utilizada para investigar las propiedades del híbrido ADN·ARN en solución acuosa y a temperatura ambiente. Los resultados obtenidos de la dinámica esencial y del análisis de elasticidad demuestran el patrón asimétrico de flexibilidad del híbrido y la fuerte predilección de cada cadena para mantener sus movimentos intrínsicos propios de los homodúplexs. Son debatidas las implicaciones de las propiedades estructurales y dinámicas únicas del híbrido ADN·ARN en el mecanismo de la RNAsa H.La estructura y las propiedades dinámicas de los diferentes dúplexs antisentido (ADN·ARN, 2'OMe-ADN·ARN, 2'F-AAN·ARN, C5(Y)-propynyl-ADN·ARN, AAN·ARN) i los dúplexs control (ADN·ADN i ARN·ARN) han sido determinados por largas simulaciones de dinámica molecular. El análisis de las trayectorias dan información de los determinantes moleculares que permiten a la RNAsa H reconocer y degradar algunas moléculas mientras que otras con una conformación aparentemente similar no son afectadas.Finalmente, exploramos la posibilidad de determinar teóricamente el cambio de energía libre asociado a grandes transiciones conformacionales del ADN, como el cambio B↔A inducido por una modificación en el solvente. Encontramos que la combinación de dinámica molecular diana o targeted molecular dynamics y el método de análisis de los histogramas ponderados (WHAM, weighted histogram analysis method) pueden ser utilizados para trazar esta transición en aigua y etanol/agua. El camino de la transición en el sentido A→B es un reflejo del encontrado en B→A y es dominante para dos procesos que pasan de manera independiente: cambios locales en la conformación del azúcar y adabtaciones globales de la estructura. La transición B↔A se puede exlicar com un proceso cuasi-harmónico que sigue de cerca el primer modo de deformación espontaneo del ADN, mostrando que las deformaciones fisiológicamente importantes están codificadas en el patrón de flexibilidad intrínsico del ADN. === State of the art molecular dynamics simulations are used to study the structure, dynamics, molecular interaction properties and flexibility of DNA and RNA duplexes in aqueous solution. Our simulations strongly suggest that the concepts of flexibility, rigidity and deformability are much more complex than usually believed, and that it is not always true that DNA is more flexible than RNA.Molecular dynamics is used to investigate also the properties of the DNA·RNA hybrid in aqueous solution at room temperature. The results obtained from essential dynamics and stiffness analysis demonstrate the large and very asymmetric flexibility of the hybrid and the strong predilection that each strand (DNA or RNA) has on the nature of their intrinsic motions in the corresponding homoduplexes. The implications of the unique structural and dynamic properties of the DNA·RNA hybrid on the mechanism of cleavage by RNase H are discussed.The structure and dynamic properties of different antisense related duplexes (DNA·RNA, 2'OMe-DNA·RNA, 2'F-ANA·RNA, C5(Y)-propynyl-DNA·RNA, ANA·RNA and control duplexes DNA·DNA and RNA·RNA) have been determined by means of long molecular dynamics simulations. The analysis provides information on the molecular determinants that allow RNase H to recognize and degrade some of these duplexes, while others with apparently similar conformation are not affected. Finaly, we explore here the possibility of determining theoretically the free energy change associated with large conformational transitions in DNA, like the solvent-induced B↔A conformational change. We find that a combination of targeted molecular dynamics (tMD) and the weighted histogram analysis method (WHAM) can be used to trace this transition in both water and ethanol/water mixture. The pathway of the transition in the A→B direction mirrors the B→A pathway, and is dominated by two processes that occur somewhat independently: local changes in sugar puckering and global rearrangements in the structure. The B↔A transition is found to be a quasi-harmonic process, which follows closely the first spontaneous deformation mode of B-DNA, showing that a physiologically-relevant deformation is in coded in the flexibility pattern of DNA.