Computational modeling of complexes consisting of nucleic acids and proteins

Abstract

V úvodní kapitole diplomová práce seznamuje čtenáře s nejpoužívanějšími nástroji pro editaci lidského genomu (ZFN, TALEN, CRISPR). Následující kapitoly podrobně popisují metodiku MD simulací a výpočty hydratačních a vazebných volných energií. Abychom mohli provést naše výpočty masivně paralelním způsobem, byl zvolen přístup velkého počtu paralelně běžících, krátkých nerovnovážných MD běhů. Z nich jsou získány hod- noty práce, ze kterých dostáváme odhad volné energie hydratace, resp. vazebnou volnou energii. Ty jsou získány pomocí metody Crooks-Gaussova průniku. Zvolená metodika byla nejprve testována ve výpočtech hydratace volné energie bází nukleových kyselin a postranních řetězců aminokyselin. V klíčové poslední kapitole byl studován komplex transkripčního faktoru Zif268 a krátkého segmentu DNA. Účinky bodových mutací jed- notlivých párů bází daly nahlédnout do změn vazebné volné energie DNA duplexu. 1

In the introductory chapter, the diploma thesis introduces the reader to the most used tools for the human genome editing (ZFN, TALEN, CRISPR). The following chap- ters describe in detail the methodology of MD simulations and calculations of hydration and binding free energies. In order to perform our calculations in a massively paral- lel way, an approach was chosen where a large number of short non-equilibrium MD runs are produced in parallel. From these, work values are obtained, from which the value of the equilibrium hydration or binding free energy is then determined using the Crooks-Gaussian Intersection method. The chosen methodology was first tested in the calculations of hydration free energies of nucleic acid bases and amino acid side chains. In the key results chapter, the complex of the transcription factor Zif268 and a short DNA double helix was studied. The effects of point mutations of individual base pairs in the DNA duplex on the binding free energy values were quantified. 1