Wpływ pseudourydyny na strukturę i stabilność RNA: symulacje dynamiki molekularnej i obliczenia kwantowo-mechaniczne

Podobne dokumenty
Epigenetyczne modyfikacje RNA: zastosowanie symulacji dynamiki molekularnej do badania ich wpływu na strukturę i stabilność RNA.

Wielofunkcyjne bialko CBC dynamika wiazania konca 5 mrna

Silica Surface Modification and its Application in Permanent Link with Nucleic Acids

SYMULACJA DYNAMIKI MOLEKULARNEJ

THEORETICAL STUDIES ON CHEMICAL SHIFTS OF 3,6 DIIODO 9 ETHYL 9H CARBAZOLE

BridgeCloud Project CASE STUDY

Auditorium classes. Lectures

Abstracts of the. BIO 2016 Congress. 2nd Congress of the Polish Biochemistry, Cell Biology, Biophysics and Bioinformatics

Public gene expression data repositoris

Molecular Modeling of Small and Medium Size Molecular Systems. Structure and Spectroscopy

Małe, średnie i... nano. Modelowanie molekularne w Opolu (i nie tylko) Teobald Kupka, Małgorzata A. Broda

3.

Conception of reuse of the waste from onshore and offshore in the aspect of

MULTI-MODEL PROJECTION OF TEMPERATURE EXTREMES IN POLAND IN

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

Kaja Milanowska. Lista publikacji - październik I. Prace oryginalne (rozdziały w książkach zbiorowych, artykuły w czasopismach):

BSc Biotechnology Curriculum 2018/2019

Comprehensive solutions to limit the inflow of pollutants to surface and groundwater

Bioinformatyka wykład I.2009

Całogenomowa analiza niskocząsteczkowych RNA, pochodzących z trna w Arabidopsis thaliana

Wyjazdy dla studentów Politechniki Krakowskiej zainteresowanych studiami częściowymi w Tianjin Polytechnic University (Chiny).

The impact of the global gravity field models on the orbit determination of LAGEOS satellites

Kierunek: Informatyka rev rev jrn Stacjonarny EN 1 / 6

GLOBAL METHANE INITIATIVE PARTNERSHIP-WIDE MEETING Kraków, Poland

Przejścia fazowe w uogólnionym modelu modelu q-wyborcy na grafie zupełnym

Bioinformatyka wykład 3.I.2008

Epigenome - 'above the genome'

Copyright 2016 by Wydawnictwo Naukowe Scholar Spółka z o.o.

Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences: metallurgist (since 2010), assistant professor (since 2014).

OPEN ACCESS LIBRARY. Kształtowanie struktury i własności użytkowych umacnianej wydzieleniowo miedzi tytanowej. Jarosław Konieczny. Volume 4 (22) 2013

PLAN STUDIÓW. Tygodniowa liczba godzin. w ć l p s Exam in molecular media 2. CHC024027c Light-matter interactions Credit

Sygnały okresowe w zmianach współrzędnych GPS i SLR

PL-DE data test case. Kamil Rybka. Helsinki, November 2017

Granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC)

Plan prezentacji. Wprowadzenie Metody Wyniki Wnioski Podziękowania. Yaghi et al. Nature 2003, 423, 705 2

PN-ISO 10843:2002/AC1

Supplementary Information

TECHNICAL CATALOGUE WHITEHEART MALLEABLE CAST IRON FITTINGS EE

ANNALES UNIVERSITATIS MARIAE CURIE-SKŁODOWSKA LUBLIN - POLONIA VOL.LIX, SUPPL. XIV, 96 SECTIO D 2004

Recent Developments in Poland: Higher Education Reform Qualifications Frameworks Environmental Studies

WULS Plant Health-Warsaw Plant Health Initiative Regpot (EU FP7)

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Badanie długości czynników sieciujących metodami symulacji komputerowych

Działania w dziedzinie klimatu, środowisko, efektywna gospodarka zasobami i surowce

Health Resorts Pearls of Eastern Europe Innovative Cluster Health and Tourism

BIOINFORMATYKA. edycja 2016 / wykład 11 RNA. dr Jacek Śmietański

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

Infrastruktura badawcza w Programie Horyzont 2020

Wiejskie organizacje pozarządowe

Bioinformatyczne bazy danych

ETICS: Few words about the Polish market Dr. Jacek Michalak Stowarzyszenie na Rzecz Systemów Ociepleń (SSO), Warsaw, Poland

Bioinformatyczne bazy danych

OPEN ACCESS LIBRARY. Struktura i własności formowanych wtryskowo materiałów narzędziowych z powłokami nanokrystalicznymi. Klaudiusz Gołombek

PROGRAM STAŻU. Nazwa podmiotu oferującego staż / Company name IBM Global Services Delivery Centre Sp z o.o.

OPEN ACCESS LIBRARY. Gradientowe warstwy powierzchniowe z węglikostali narzędziowych formowane bezciśnieniowo i spiekane.

Potencjał badawczy. Wyniki konkursów

PLANY I PROGRAMY STUDIÓW

Latent Dirichlet Allocation Models and their Evaluation IT for Practice 2016

Pomiary hydrometryczne w zlewni rzek

ZASTOSOWANIA FIZYKI W BIOLOGII I MEDYCYNIE Specjalność: Projektowanie molekularne i bioinformatyka. 2-letnie studia II stopnia (magisterskie)

Wpływ heterocyklicznego ugrupowania na natywną konformację naturalnych peptydów

PLAN STUDIÓW STACJONARNYCH Rekrutacja w roku akademickim 2019/2020 Uniwersytet Zielonogórski Załącznik nr 1a

Bioinformatyka wykład 11, 11.I.2011 Białkowa bioinformatyka strukturalna c.d.

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW CHARAKTERYZUJĄCYCH OBCIĄŻENIE SEKCJI OBUDOWY ZMECHANIZOWANEJ SPOWODOWANE DYNAMICZNYM ODDZIAŁYWANIEM GÓROTWORU

Zastosowanie skorelowanych funkcji Kołosa-Wolniewicza do badania oddziaływania materii z polem elektrycznym i magnetycznym.

, Warszawa

deep learning for NLP (5 lectures)

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Instrumenty i efekty wsparcia Unii Europejskiej dla regionalnego rozwoju obszarów wiejskich w Polsce

Faculty of Environmental Engineering. St.Petersburg 2010

PLANY I PROGRAMY STUDIÓW

Leading organiza5on represen5ng the Business Services Sector in Poland ABSL. June 2013

PLANY I PROGRAMY STUDIÓW

Jajko czy kura? czyli gdzie dwóch się bije, tam trzeci korzysta

SCIENTIFIC PROBLEMS OF MACHINES OPERATION AND MAINTENANCE

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

OPEN ACCESS LIBRARY. Kształtowanie struktury i własności powłok hybrydowych na rewersyjnie skręcanych matrycach do wyciskania. Krzysztof Lukaszkowicz

Budowa uniwersalnej architektury dla Laboratorium Wirtualnego

HOW MASSIVE ARE PROTOPLANETARY/ PLANET HOSTING/PLANET FORMING DISCS?

Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Aromatic or Not? An Insight from the Calculated Magnetic Indexes

Projekty Marie Curie Actions w praktyce: EGALITE (IAPP) i ArSInformatiCa (IOF)

Chemia informatyczna

Strangeness in nuclei and neutron stars: many-body forces and the hyperon puzzle

I II III TS W C L P RAZEM (TOTAL)

Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii

PRZEDSIEBIORSTWO LUSARSKO-BUDOWLANE LESZEK PLUTA

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

CENTRUM CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH CLEAN COAL TECHNOLOGY CENTRE. ... nowe możliwości. ... new opportunities

AGENDA Monday s schedule and the plan for the remaining days, introduction of each participant).

NATĘŻENIE POLA ELEKTRYCZNEGO PRZEWODU LINII NAPOWIETRZNEJ Z UWZGLĘDNIENIEM ZWISU

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES


Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

SYMULACJA ZAKŁÓCEŃ W UKŁADACH AUTOMATYKI UTWORZONYCH ZA POMOCĄ OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH W PROGRAMACH MATHCAD I PSPICE

Indywidualne stypendium Marie Curie jak skutecznie aplikować. Aleksandra Gaweł Katedra Strategii i Polityki Konkurencyjności Międzynarodowej

Adam Kozierkiewicz JASPERS

Transkrypt:

Wpływ pseudourydyny na strukturę i stabilność RNA: symulacje dynamiki molekularnej i obliczenia kwantowo-mechaniczne Joanna Sarzynska 1,2, Indrajit Deb 1,2,3, Ryszard Kierzek 1 1 Instytut Chemii Bioorganicznej PAN, Noskowskiego 12/14, 61-704 Poznań 2 Europejskie Centrum Bioinformatyki i Genomiki, Politechnika Poznańska, Piotrowo 2, 60-965 Poznań 3 Department of Biophysics, Molecular Biology & Bioinformatics, University of Calcutta, Kolkata 700009, West Bengal, India 1

Motywacja Znanych jest ponad 100 różnych modyfikacji RNA 109 modified nucleosides in the RNA Modification Database (RNAMDB ) 93 in trna, 31 in rrna, 13 in mrna and 14 in other RNA species (snrna). Modyfikacje epigenetyczne dotyczą mrna, dynamiczne dodawane i usuwane przez specyficzne enzymy, wpływają na ekspresję genów Song J, Yi C,. ACS Chem Biol. 2017, 12(2):316-325

Development of accurate AMBER force field parameters for modified ribonucleosides Objectives To reparameterize the glycosidic Chi (χ) torsion and other relevant torsion parameters at the individual nucleoside level To study the consequences of the reparameterization at the nucleoside and oligonucleotide level using MD and REXMD 2SU 5MC NMR : Sugar pucker N:74% FF_Aduri: Sugar pucker N:33% FF_IDRP+bsc0: Sugar pucker N:74% NMR : Sugar pucker N:59% FF_Aduri: Sugar pucker N:24% I Deb, R Pal, J Sarzynska, A Lahiri, Journal of Computational Chemistry, 2016, 37, 1576 88 I Deb, J Sarzynska, L. Nilsson, A Lahiri, J Chem Inf Model, 2014 54(4):1129-42

Flowchart of parameter development and validation strategy: reoptimization of torsion potential Obtain quantum mechanical energy (E QM ) profile around the torsion angle. Obtain molecular mechanical energy (E MM ) profile around the same torsion angle. Reproduce the QM energy profile by fitting the differences between E QM and E MM to the Fourier series New set of torsion parameters. QM energy landscape for the Chi torsion for the 2'O-methyl cytidine Extensive validation of the newly obtained parameter set using REMD simulation

Obiekty badawcze RNA duplexes with central Ψ-A base pair Ψ U 5 -UCAGΨCAGU-3 3 -AGUCAGUCA-5 5 -UCACΨGAGU-3 3 -AGUGACUCA-5 5 -UCAAΨUAGU-3 3 -AGUUAAUCA-5 RNA tetramers AAΨA, AAUA, 5 -UCAUΨAAGU-3 3 -AGUAAUUCA-5 Seq-GΨC Seq-CΨG Superposed structures of 10 models calculated by simulated annealing method. I Deb, R Pal, J Sarzynska, A Lahiri, Journal of Computational Chemistry, 2016, 37, 1576 1588

Backbone hydration stable water bridge made by Ψ RNA duplexes with central Ψ-A base pair Water bridge 28% 10% 9% U 5% <5% 10% 18% 22% 24% Seq-CUG Seq-CΨG 500ns MD, ff10, Amber14, GPU inula

Thermodynamic parameters of duplex formation calculated by MM/PBSA method in presence/absence of one explicit water molecule using 8000 frames of last 400ns of the simulated trajectories ΔΔG SIM (kcal/mol) ΔΔG SIM + WAT (kcal/mol) ΔΔG Exp (kcal/mol) Seq-GΨC +1.11 (±6.30) -0.50 (±6.72) -0.71 (±0.55) Seq-CΨG -1.17 (±6.54) -3.08 (±6.94) -2.43 (±0.49) Seq-AΨU -1.47(±6.37) -3.09 (±6.83) -0.27 (±0.27) Seq-UΨA -0.25(±6.58) -3.08 (±6.92) -0.55 (±0.19) Kierzek E, Malgowska M, Lisowiec J, et al (2014) The contribution of pseudouridine to stabilities and structure of RNAs. Nucleic Acids Res 42:3492 501

Free energy perturbation (Amber16, CPU eagle) A typical UV melting curve Termodynamic cycle used in FEP G U + G ss = G duplex + G PSU G duplex - G ss = G U - G PSU Values from FEP/TI simulations Experimental values

Oddziaływania warstwowe (1) Isodensity surface color-coded with electrostatic potential Seq-GΨC Seq-CΨG geometries for the RNA duplexes were lowest energy structure calculated from simulated annealing or the average structure calculated from the highest populated cluster generated from the cluster analysis monomers of bases were optimized individually in the gas phase at the B97D/def2TZVPP level of theory N1/N9-C1' bond replaced by N1/N9-CH3 bond to better distinguish between uracil and psudouracil bases

Oddziaływania warstwowe (2) Seq-GΨC Seq-CΨG Seq-AΨU Seq-UΨA Base pair step stacking energies QM-based: B97D/def2TZVPP level of theory molecular mechanics (MM) vdw+ele (lie utility in cpptraj program)

Base-base interaction Energy RNA tetramers AAΨA, AAUA RMSD 500ns of MD A2-U/Ψ3 A2 Trajectory Modif_idrp Modif_aduri Ref A1 A4 U3 I Deb, R Pal, J Sarzynska, A Lahiri, Journal of Computational Chemistry, 2016, 37, 1576 1588

RNA tetramers AAΨA, AAUA - cluster analysis 500ns of MD A2 HB_A1:Ψ3 A1 A4 0_idrp 26% A2 A4 A1 A1 1_idrp 24% 2_idrp 14% 3_idrp 14% A1 A2 A2 A4 0_aduri 9% 1_aduri 5% A4 A1 A4 0_Ref 66% I Deb, R Pal, J Sarzynska, A Lahiri, Journal of Computational Chemistry, 2016, 37, 1576 1588

RNA tetramers AAΨA, AAUA sugar pucker 500ns of MD A2 U3/Ψ3 C3 -endo C2 -endo Sugar pucker C3 -endo C2 -endo Sugar pucker N C3 -endo S C2 -endo Experimental data AAΨA: A2: 75%N, Ψ3:100%N AAUA: A2: 57%N, U3:53%N Davis,D.R. (1995) Stabilization of RNA stacking by pseudouridine. Nucleic Acids Res., 23, 5020 5026

Coworkers: Indrajit Deb*, Ansuman Lahiri Department of Biophysics, Molecular Biology & Bioinformatics, University of Calcutta, Kolkata 700009, West Bengal, India Łukasz Popenda 1, Zofia Gdaniec 2 1 NanoBioMedical Centre, Adam Mickiewicz University, 61-614 Poznan, Umultowska 85, Poland 2 Pracownia Biomolekularnego NMR, IBCh * Present Address: Departments of Biophysics, University of Michigan, 930 North University Avenue, Ann Arbor, Michigan 48109, USA 14

Acknowledgements: International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB), Trieste, Italy for providing SMART Fellowship to Indrajit Deb to work at Institute of Bioorganic Chemistry (IBCh), Poznan, Poland Poznan Supercomputing and Networking Center (PSNC), Poznan, Poland for computational support European Center for Bioinformatics and Genomics (ECBiG), Poznan, Poland for computer lab support

Dziękuję!

"Mutations in human AID differentially affect its ability to deaminate cytidine and 5-methylcytidine in ssdna substrates in vitro" Lucyna Budzko, Paulina Jackowiak, Paulina Jackowiak, Karol Kamel, Joanna Sarzynska, Janusz M. Bujnicki and Marek Figlerowicz Accepted for publication in Scientific Reports on 9 May 2017 Acknowledgments: The authors acknowledge the use of the computer cluster at the Poznan Supercomputing and Networking Center. Pole siłowe Chrmm36, program NAMD Grant ID 231: Analiza oddziaływania ludzkiej deaminazy cytydyny AID z substratem