Empirische Korrekturen des Amber RNA Kraftfeldes mit Zielmetadynamik

Die rechnerische Untersuchung von konformationellen Übergängen in Nukleinsäuren steht weiterhin vor vielen Herausforderungen. Zum Beispiel ist im Fall von einzelsträngigen RNA-Tetranukleotiden die Übereinstimmung zwischen Simulationen und Experimenten aufgrund von Ungenauigkeiten der in molekulardynamischen Simulationen häufig verwendeten Kraftfelder nicht zufriedenstellend. Hier nutzen wir experimentelle Daten, die aus hochauflösenden Röntgenstrukturen gesammelt wurden, um eine Verbesserung der neuesten Version des AMBER-Kraftfeldes zu versuchen. Ein modifizierter Metadynamik-Algorithmus wird verwendet, um Korrekturpotenziale zu berechnen, die entwickelt wurden, um experimentelle Verteilungen der Backbone-Torsionswinkel durchzusetzen. Replica-Exchange-Simulationen von Tetranukleotiden, die diese Korrekturpotenziale einschließen, zeigen eine deutlich bessere Übereinstimmung mit unabhängigen Lösungs-Experimenten für die Oligonukleotide, die Pyrimidinbasen enthalten. Obwohl die vorgeschlagenen Korrekturen anscheinend nicht auf generische RNA-Systeme übertragbar sind, haben die Simulationen die Bedeutung der α- und ζ-Backbone-Winkel für die Modulation des RNA-konformationellen Ensembles aufgezeigt. Das hier vorgestellte Korrekturprotokoll deutet auf ein systematisches Verfahren zur Verfeinerung des Kraftfeldes hin.