亚精胺通过静电相互作用增强DNA纳米结构副交叉基序的结构稳定性

《Scientific Reports》：Atomistic insights into spermidine-mediated stabilization of paranemic crossover DNA motifs

　　

摘要

天然富含于细胞中的多胺类物质亚精胺（Spd3?）通过多价静电相互作用影响核酸组装体的架构和稳定性。在本研究中，我们调查了 Spd3? 如何影响副交叉（PX）基序，这是 DNA 纳米技术中的一个关键结构元件。结合 RESP 衍生部分电荷的量子力学计算（HF/6?31G*）被用于优化 Spd3? 的分子几何结构，并获得可靠的静电描述。随后，我们在 GROMACS 中进行了全原子分子动力学（MD）模拟，在两种离子条件下，分别用 Na? 或 Spd3? 中和系统电荷。径向分布函数（RDFs）和最小距离分析显示，与 Na? 相比，Spd3? 与 DNA 骨架结合得更强且更持久。能量分解揭示，在存在 Spd3? 时，静电和范德华相互作用更有利，而 Na? 表现出较弱的结合。平均平方位移（MSD）分析进一步证实，与 Na? 较高的迁移率相比，Spd3? 表现出局部化行为。包括主成分分析（PCA）和均方根偏差（RMSD）在内的全局结构指标表明，在 Spd3? 条件下，构象景观更加受限。碱基对步参数的分析表征了交叉区域内的局部螺旋几何形状。与此同时，骨架波动分析显示，在存在 Spd3? 的情况下，柔性降低。总之，这些计算结果表明，亚精胺增强了 PX 基序的结构稳定性，并为基于 DNA 的纳米材料的潜在鲁棒性提供了分子水平的见解。