Relationship between hydration induced DNA dynamical transition and DNA-sequence dependent deformability

水和誘導のDNAの動力学転移と配列依存的なDNAの柔軟性の関係

中川 洋   ; 米谷 佳晃; 中島 健次  ; 河村 聖子   ; 菊地 龍弥  ; 稲村 泰弘  ; 片岡 幹雄; 河野 秀俊

Nakagawa, Hiroshi; Yonetani, Yoshiteru; Nakajima, Kenji; Kawamura, Seiko; Kikuchi, Tatsuya; Inamura, Yasuhiro; Kataoka, Mikio; Kono, Hidetoshi

DNA分子の構造の柔軟性は、タンパク質との分子認識に重要とされている。分子認識を詳細に調べるためには、DNA構造の柔軟性を知る必要がある。これまでに、系統的にDNAの配列を変えた計算機シミュレーションにより、配列パターンとDNA構造の柔らかさに相関があることを示されている。本研究では、DNA分子の柔軟性が異なると予測されているCGCGAATTCGCG(硬い)とCGCGTTAACGCG(柔らかい)の配列のDNA分子について、MLFのアマテラス装置を用いて水和粉末試料の中性子非弾性散乱スペクトルを得た。様々な温度での実験データと計算機シミュレーションを組み合わせた解析から、DNAの動力学転移は塩基配列に依存せず観測されることが分かり、動力学転移温度以上でDNA構造の揺らぎに違いがあることが示唆された。当日は、配列依存的な構造の柔軟性とDNA分子の揺らぎとの関係について議論したい。

Molecular dynamics simulations and inelastic neutron scattering experiments were conducted on two hydrated DNA dodecamers with distinct deformability; CGCGAATTCGCG and CGCGTTAACGCG. The mean-square displacements of both DNA dodecamers exhibit so-called dynamical transition around 200-240 K and hydration water also exhibits the abrupt increase in the mean-square displacement at the same temperature. The fluctuation amplitude of the central tetramer AATT is smaller, and its relaxation time longer, than that observed on TTAA, suggesting that the AT step is kinetically more stable than the TA step. The sequence dependent DNA base pair step fluctuations appear above the dynamical transition temperature. Therefore, we concluded that the hydration water induces the DNA dynamical transition, and this enhanced motion by hydration is related to the deformability of DNA structure.