Molekulardynamik-Simulationen heben die strukturellen Unterschiede zwischen DNA:DNA-, RNA:RNA- und DNA:RNA-Hybrid-Duplexen hervor

Nanosekundenlange Simulationen unter Anwendung der Partikel-Mesh-Ewald-Methode innerhalb von AMBER 4.1 an kanonischen A-Form- und B-Form-Geometrien von dCCAACGTTGG2, rCCAACGUUGG2 und dCCAACGTTGG−rCCAACGUUGG-Duplexen in wässriger Lösung werden berichtet. DNA-Duplexe nehmen nur eine stabile B-DNA-Geometrie an, während RNA-Duplexe sowohl eine stabile A-RNA- als auch „B-RNA“-Geometrie annehmen. Die Beobachtung einer stabilen „B-RNA“-Struktur ist etwas überraschend und deutet auf erhebliche kinetische Barrieren für die strukturelle Umwandlung in RNA-Strukturen auf einer Nanosekunden-Zeitskala hin. Die „B-RNA“ kann in A-RNA umgewandelt werden, indem ein konzertierter Flip der Zuckerkonformationen von C2‘-endo nach C3‘-endo erzwungen wird. Die A-RNA-Struktur zeigt Merkmale, die ähnlich sind wie die A-Form-Kristallstrukturen; insbesondere wird das intersträngige Purin-Stacking am zentralen Pyrimidin−Purinstep beobachtet. Wenn mit einer kanonischen A-Form-Geometrie gestartet wird, konvergieren DNA:RNA-Hybrid-Duplexe zu einer Struktur, die charakteristisch für experimentelle Lösungsstrukturen ist; spezifisch eine Breite der minor groove, die zwischen den A-Form- und B-Form-Geometrien liegt, der RNA-Strang in einer A-Form-Geometrie, eine Mischung aus C2‘-endo- und C3‘-endo-Zuckerkonformationen im DNA-Strang, die erwartete Verteilung der Rückgratwinkel und eine angemessene Übereinstimmung mit den helicoidalen Parametern werden beobachtet. In allen berichteten Simulationen erscheinen A-Form-Geometrien weniger flexibel als B-Form-Geometrien. Es gibt auch erhebliche Unterschiede in den Mustern der Hydration und der Gegenionenassoziation zwischen A-Form- und B-Form-Duplexen. In A-RNA neigen Natrium-Gegenionen dazu, sich in „Taschen“ in der Major groove anzusammeln, während sich diese Gegenionen in B-Form-Strukturen in der Minor groove ansammeln.