Dynamická strukturní rovnováha v UUCG tetraloopu

Bc. Jan SALOMON

Diplomová práce

Study of dynamic equilibria in non-canonical RNA motifs

Abstract:

Strukturní dynamika UUCG tetraloopu je kritickou složkou při sbalování RNA. Tato práce poukazuje na jeden z problémů při experimentálním určování této struktury, step páteře GL4-GS+1. Srovnávací analýza dostupných experimentálních struktur a struktur ze simulací v široce používaném silovém poli ff99bsc0chiOL3 identifikovala artefakty v popisu UUCG v tomto silovém poli. Kvantově chemické výpočty posloužily jako měřítko pro posuzování modifikací silových polí, jejichž cílem bylo zlepšit popis strukturní rovnováhy. Byly prověřeny experimentální kombinace silových polí s cílem destabilizovat artefakty pozorované v silovém poli ff99bsc0chiOL3. Zavedená modifikace OL21-RNA je i přes některé nedostatky nejslibnější pro zlepšení popisu rovnováhy páteřních stavů ve stepu GL4-GS+1. Výsledky, podpořené eNOE převáženými MD simulacemi a QM výpočty, naznačují, že nativní / flip je hlavní konformací v UUCG tetraloopu, což je v rozporu se současným konsensem.

Abstract:

The structural dynamics of the UUCG tetraloop is a critical component in RNA folding. This research highlights one of the challenges in experimentally determining this structure, the GL4-GS+1 backbone step. Comparative analysis of available experimental structures and structures from simulations in the widely used ff99bsc0chiOL3 force field identified artifacts in the description of UUCG in this force field. Quantum chemical calculations serve as benchmarks for assessing force field modifications aiming to improve the description of the structural equilibrium. Experimental force field combinations were introduced to destabilize the artifacts observed in the ff99bsc0chiOL3 force field. The OL21-RNA modification was found to be the most promising in the description of the backbone equilibrium in the GL4-GS+1 step, despite some shortcomings. The results, supported by eNOE reweighted MD simulations and QM calculations, suggest that the native / flip is the major conformation in the UUCG tetraloop, which stands in contrast to the current consensus.

Keywords

UUCG tetraloop, modifikace silových polí, reinterpretace eNOE, QM výpočty, RNA simluace, molekulová dynamika

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 29. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Fyzikální chemie / Fyzikální chemie