Normal-mode analysis of circular DNA at the base-pair level, 2; Large-scale configurational transformation of a naturally curved molecule

塩基対レベルでの環状DNAの基準振動解析,2; 曲がった分子の大規模な構造変化

松本 淳; Tobias, I.*; Olson, W. K.*

Matsumoto, Atsushi; Tobias, I.*; Olson, W. K.*

著者らは、平衡状態で曲がっているDNAを用いて環状構造を作り、その動的構造の解析を行った。このような環状DNAは、まっすぐなDNAから作られた環状DNAよりも構造変化がより容易に起こされることが示された。また環状DNAでは、ねじれのエネルギーが蓄積されると、大規模な構造変化を起こし、8の字型の構造になる。基準振動解析とエネルギー極小化を用いることにより、環状から8の字型への構造変化の行程を明らかにすることができた。

Fine structural and energetic details embedded in the DNA base sequence, such as intrinsic curvature, are important to the packaging and processing of the genetic material. Here we investigate the internal dynamics of a 200 bp closed circular molecule with natural curvature using a newly developed normal-mode treatment of DNA in terms of neighboring base-pair "step" parameters. As superhelical stress is accumulated in the DNA, the frequency, i.e., energy, of the dominant bending mode decreases in value, and if the imposed stress is sufficiently large, a global configurational rearrangement of the circle to the figure-8 form takes place. We combine energy minimization with normal-mode calculations of the two states to decipher the configurational pathway between the two states.