Relaxation dynamics of nucleosomal DNA

文献情報

出版日 2009-09-21
DOI 10.1039/B910937B
インパクトファクター 3.676
著者

Sergei Y. Ponomarev, Vakhtang Putkaradze, Thomas C. Bishop


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要旨

Recent experimental and theoretical evidence demonstrates that proteins and water in the hydration layer can follow complex stretched exponential or power law relaxation dynamics. Here, we report on a 50 ns all atom molecular dynamics (MD) simulation of the yeast nucleosome, where the interactions between DNA, histones, surrounding water and ions are explicitly included. DNA interacts with the histone core in 14 locations, approximately every 10.4 base pairs. We demonstrate that all sites of interaction exhibit anomalously slow power law relaxation, extending up to 10 ns, while fast exponential relaxation dynamics of hundreds of picoseconds applies to DNA regions outside these locations. The appearance of 1/fα noise or pink noise in DNA dynamics is ubiquitous. For histone-bound nucleotide dynamics α→ 1 and is a signature of complexity of the protein–DNA interactions. For control purposes two additional DNA simulations free of protein are conducted. Both utilize the same sequence of DNA, as found the in the nucleosome. In one simulation the initial conformation of the double helix is a straight B-form. In the other, the initial conformation is super helical. Neither of these simulations exhibits the variation of α as a function of position, the measure of power law for dynamical behavior, which we observe in the nucleosome simulation. The unique correspondence (high α to DNA–histone interaction sites, low α to free DNA sites), suggests that α may be an important and new quantification of protein–DNA interactions for future experiments.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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