DNA spontaneous mutation and its role in the evolution of GC-content: assessing the impact of the genetic sequence

文献情報

出版日 2015-02-17
DOI 10.1039/C4CP05806B
インパクトファクター 3.676
著者

José P. Cerón-Carrasco


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要旨

The structure of DNA is not constantly at its equilibrium point but evolves with time. It is generally accepted that evolution induces a decrease of the guanine–cytosine (GC) content and a concomitant increase of the adenine–thymine (AT) ratio through a biased GC → AT mutation process. Unfortunately, the mechanism behind this natural alteration of the stored genetic information is not fully understood. Here, we use a hybrid QM:QM′ approach to assess the link between one of the sources of the spontaneous mutation, the so-called G*C* rare tautomers that arise from a double proton exchange between the bases, and the evolution of the GC-content. Our simulations indicate that the G*C* mutation is mainly accumulated in GC-rich regions rather than being randomly spread, and consequently the GC → AT error tends to locate in coding fragments. That specific preference is indirectly induced by the base pairs containing the mutated point, as they tune the structure of the first hydration-shell that solvates the reactive base pair undergoing tautomerisation. The reorganisation of the explicit water molecules eventually modifies the energy barriers as well as the stability of the genetic error during the process.

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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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