Study of DNA hydration by analysis of structural data from databases

Abstract

The deoxyribonucleic acids play an essential role in the living organisms by storing the genetic information. The process of the genetic information transfer, translation and transcription is carried out by other molecules, mostly proteins, which cause DNA bend and locally deform. These protein-DNA interactions, together with the nucleotide sequence, result in different DNA conformations. The description and classification of the DNA local structural diversity at a level of dinucleotides is provided by so-called dinucleotide conformer classes, NtC. The NtC classification system developed for description of the local conformations of nucleic acids consists of 97 NtC classes. In this work we use 44 classes important for the description of DNA conformations. All biomolecules, including DNA are heavily hydrated. The first hydration layer around DNA is largely localized. The structure of this hydration layer depends on the sequence and conformation of the analyzed biomolecule. The DNA structural classification by the NtC classes allows specific study of the first hydration layer with a sufficient sequence and structural granularity. Based on the data available in the structural databases, we studied hydration of double helical tetranucleotide fragments in the three biologically most important DNA conformational...

Deoxyribonukleové kyseliny hrají zásadní roli v živých organismech tím, že ukládají genetickou informaci. Proces přenosu, translace a transkripce genetické informace je prováděn molekulami, většinou proteiny, které způsobují ohyb a lokální deformaci vázané DNA. Tyto interakce spolu s nukleotidovou sekvencí formují DNA do různých konformací. Popis a klasifikace lokální strukturní diverzity DNA na úrovni dinukleotidů je poskytován tzv. třídami dinukleotidových konformerů, NtC. Klasifikační systém NtC vytvořený pro popis lokálních konformací nukleových kyselin se skládá z 97 tříd NtC. V této práci diskutujeme 44 tříd důležitých pro popis DNA konformací. Všechny biomolekuly, včetně DNA, jsou silně hydratované. První hydratační vrstva kolem DNA je z velké části lokalizována. Struktura této hydratační vrstvy závisí na sekvenci a konformaci analyzované biomolekuly. Strukturální klasifikace DNA do tříd NtC umožňuje specifické studium první hydratační vrstvy s dostatečnou sekvenční a strukturní granularitou. Na základě údajů dostupných ve strukturních databázích jsme studovali hydrataci dvoušroubovicových tetranukleotidových fragmentů ve třech biologicky nejdůležitějších konformačních třídách DNA: BI forma (NtC třída BB00), A forma (NtC třída AA00) a BII forma (NtC třída BB07).