A coarse-grained model for assisting the investigation of structure and dynamics of large nucleic acids by ion mobility spectrometry–mass spectrometry

文献情報

出版日 2017-03-16
DOI 10.1039/C7CP00717E
インパクトファクター 3.676
著者

S. Vangaveti, R. J. D'Esposito, J. L. Lippens, S. V. Ranganathan


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要旨

Ion Mobility Spectrometry–Mass Spectrometry (IMS-MS) is a rapidly emerging tool for the investigation of nucleic acid structure and dynamics. IMS-MS determinations can provide valuable information regarding alternative topologies, folding intermediates, and conformational heterogeneities, which are not readily accessible to other analytical techniques. The leading strategies for data interpretation rely on computational and experimental approaches to correctly assign experimental observations to putative structures. A very effective strategy involves the application of molecular dynamics (MD) simulations to predict the structure of the analyte molecule, calculate its collision cross section (CCS), and then compare this computational value with the corresponding experimental data. While this approach works well for small nucleic acid species, analyzing larger nucleic acids of biological interest is hampered by the computational cost associated with capturing their extensive structure and dynamics in all-atom detail. In this report, we describe the implementation of a coarse graining (CG) approach to reduce the cost of the computational methods employed in the data interpretation workflow. Our framework employs a five-bead model to accurately represent each nucleotide in the nucleic acid structure. The beads are appropriately parameterized to enable the direct calculation of CCS values from CG models, thus affording the ability to pursue the analysis of larger, highly dynamic constructs. The validity of this approach was successfully confirmed by the excellent correlation between the CCS values obtained in parallel by all-atom and CG workflows.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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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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