首页 > 行业资讯 > 美国西北大学熊琴思博士、George Schatz教授团队 JACS: 用于探索DNA凝聚态的核小体样超螺旋模型

美国西北大学熊琴思博士、George Schatz教授团队 JACS: 用于探索DNA凝聚态的核小体样超螺旋模型

时间：2023-01-01 来源：浏览：

美国西北大学熊琴思博士、George Schatz教授团队 JACS: 用于探索DNA凝聚态的核小体样超螺旋模型

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#DNA 凝聚 2 个

#DNA 凝聚物 2 个

#自由能级 2 个

#全原子分子动力学 2 个

#MD 2 个

点击蓝字关注我们

胶体晶体工程因其在光子材料、储能材料、和生物医学材料相关领域的应用而备受关注。尤其是 DNA 介导的胶体超晶格，为设计响应式胶体晶体提供了可能。受传统使用乙醇诱导 DNA 沉淀的启发，乙醇缩合已被用作动态调整 DNA 介导的胶体超晶格的 “ 键 ” 长度（即由 DNA 连接的相邻纳米粒子之间的表面到表面距离）和热稳定性的常规方法。然而，连接金纳米粒子的 DNA 键如响应乙醇而发生缩合的潜在机制仍不清楚。

近期，美国西北大学 (Northwestern University) 熊琴思 (Qinsi Xiong) 博士及 George C. Schatz 教授团队及相关合作者在《 Journal of the American Chemical Society 》期刊发表了题为 “Ethanol-Induced Condensation and Decondensation in DNA-Linked Nanoparticles: A Nucleosome-like Model for the Condensed State” 的文章（ DOI: 10.1021/jacs.2c11834 ） . 该工作进行了一系列全原子分子动力学 (MD) 模拟，以探索 DNA 凝聚和解凝聚的自由能级图。他们的模拟证实在 80% 的乙醇条件下， DNA 缩合在能量上比在纯水中更有利。此外，浓缩的 DNA 在纯水中采用 B 型，在 80% 乙醇中采用 A 型，这表明高阶跃迁不影响 DNA 的构象偏好。为确定浓缩 DNA 的结构，他们进一步提出了一个用于探索 DNA 凝聚态的核小体样超螺旋模型，并且证实从该模型得出的 DNA 端到端距离与实验测量的 DNA 在完全凝聚态下约 3 nm 的 DNA 键长相匹配。总的来说，这项研究提供了对乙醇诱导的缩合和水诱导的去缩合机制的原子理解，而他们提出的类核小体模型对于理解 DNA 凝聚物的结构 - 性质关系至关重要，并为解释 DNA 缩合的实验研究提供新的策略。

图 1. 乙醇诱导的 DNA 超晶格（体心立方）缩合和水诱导的 DNA 超晶格解缩合示意图。

图 2. (A) 在 80% 乙醇溶液中对 DNA 连接的纳米粒子进行 MD 模拟的初始配置。 (B-D) DNA 连接的纳米粒子的三种代表性收缩状态。 (E) DNA 纳米颗粒缩聚过程的 Potential of mean force (PMF) 。 (F) DNA 磷酸盐基团 9.0 Å 范围内 Na ⁺ 阳离子和 Cl ^– 阴离子沿金层之间的表面到表面距离的平均变化值。 (G) Cl ^– 在 Na ⁺ 的 3.55 Å （第一个壳峰）内沿金层之间的表面到表面距离的平均配位数变化。

图 3. (A) 我们提出的 DNA 初始核小体结构（侧视图和俯视图），其中核小体 DNA 结构的主干骨架（左图）进一步用灰黑色螺旋弹簧勾勒出轮廓。 (B) 端到端距离示意图，即 DNA 两端氧原子之间的距离。 (C) 基于最后 20 ns 模拟得到的 DNA 的端到端距离和骨架的溶剂可及表面积 (SASA) 。 (D) 80% 乙醇在 150 ns 时的 DNA 结构快照（侧视图和俯视图）。 ds-DNA 的 (E) Slide 和 (F) Zp 值的分布。 (G) DNA 磷酸基团 9 Å 范围内的水、乙醇、 Na ⁺ 阳离子和 Cl ^– 阴离子的存活概率 (SP) P(t) 。

图 4. (A) 初始（左）和目标（右）构象的快照。 (B) 超螺旋 DNA 解聚过程的 Potential of mean force (PMF) 。 (C) DNA 磷酸盐基团 9.0 Å 范围内 Na ⁺ 阳离子和 Cl ^– 阴离子沿金层之间的表面到表面距离的平均变化值。收缩 DNA (D, H) 、 Na+ 阳离子 (E, I) 、 Cl- 阴离子 (F, J) 和水 (G, K) 在 Z 轴上的平均二维空间密度图。图 D-G 是水性系统的结果，而图 H-K 是 80% 乙醇系统的结果。