Predicted effects of local conformational coupling and external restraints on the torsional properties of single DNA molecules

局所構造のカップリングや外力による抑制が1分子実験により測定されるDNAのねじれ特性に与える影響の予測

松本 淳; Olson, W. K.*

Matsumoto, Atsushi; Olson, W. K.*

新たに開発した粗視化DNAモデルの基準振動解析法を改良し、DNA2重らせんのねじれ特性を研究できるようにした。最新の1分子DNA計測実験により決定されたDNAのねじれに関する力学定数は、今まで他の実験で得られてきた値よりもかなり大きい。われわれの計算でも、実際のDNA2重らせんと同様の構造特性を持つDNAモデルの両端に、1分子実験同様に外力をかけた場合、ねじれの力学定数は、かなり大きくなることが示された。そのほか、塩基対がDNAのらせん軸に対して傾いている場合、さらに、DNAの局所構造があるパターンに従って変化する場合にも、力学定数が大きくなることが示された。

A newly developed, coarse-grained treatment of the low-frequency normal modes of DNA has been adapted to study the torsional properties of fully extended, double-helical molecules. The calculations show how the end-to-end constraints placed on a naturally straight DNA molecule, in combination with the natural conformational features of the double helix, can account for the substantially larger torsional moduli determined with state-of-the-art, single-molecule experiments compared to values extracted from solution measurements and/or incorporated in theories to account for the force-extension properties of single molecules. The computed normal-mode frequencies and torsional moduli increase substantially if base pairs are inclined with respect to the double helical axis and the deformations of selected conformational variables follow known interdependent patterns.