Enhanced basepair dynamics pre-disposes protein-assisted flips of key bases in DNA strand separation during transcription initiation

文献情報

出版日 2018-03-10
DOI 10.1039/C8CP01119B
インパクトファクター 3.676
著者

Neeladri Sekhar Roy, Subrata Debnath, Abhijit Chakraborty, Prasenjit Chakraborty, Indrani Bera, Raka Ghosh, Nanda Ghoshal, Saikat Chakrabarti, Siddhartha Roy


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要旨

Localized separation of strands of duplex DNA is a necessary step in many DNA-dependent processes, including transcription and replication. Little is known about how these strand separations occur. The strand-separated E.coli RNA polymerase–promoter open-complex structure showed four bases of the non-template strand, the master base −11A, −7, −6 and +2, in a flipped state and inserted into protein pockets. To explore whether any property of these bases in the duplex state pre-disposes them to flipping, NMR studies were performed on a wild-type promoter in the duplex state. Measurement of relaxation times indicates that a limited number of base pairs, including the flipped ones, have faster opening rates than the rest. Molecular dynamics studies also show an inherently high dynamic character of the −11A:T base pair in the wild-type strand-paired state. In order to explore the role of the RNA polymerase in the flipping process, we have used 2-aminopurine as a fluorescent probe. Slower kinetics of the increase of 2-aminopurine fluorescence was observed with RNA polymerases containing several mutant σ70s. This may be interpreted as the protein playing an important role in enhancing the flipping rate. These results suggest that flipping of −11A, and perhaps other flipped bases observed in the open-complex, is facilitated by its inherent proclivity to open-up with further assistance from the protein, thus leading to a strand-open state. Other DNA-based processes that require strand-separation may use similar pathways for strand separation. We conclude that not only basepair stability, but also dynamics may play an important role in the strand-separation.

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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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