Élucider les variations de structure électronique dans les complexes acide nucléique-protéine impliqués dans la régulation de la transcription en utilisant une approche à liaison forte

Résumé Les facteurs de transcription (TF) sont des protéines qui régulent la transcription de l'information génétique de l'ADN vers l'ARN messager en se liant à une séquence d'ADN spécifique. Les interactions acide nucléique-protéine sont cruciales dans la régulation de la transcription dans les systèmes biologiques. Ce travail présente une méthode rapide et pratique pour construire des modèles à liaison forte et offre des perspectives physiques sur les propriétés de structure électronique des complexes de facteurs de transcription et des motifs d'ADN. Les paramètres Hamiltoniens de liaison forte sont générés en utilisant l'algorithme de régression par forêt aléatoire, qui reproduit les calculs de niveau ab-initio donnés avec une précision raisonnable. Nous présentons une bibliothèque de paramètres au niveau des résidus dérivés de calculs de structure électronique étendus sur diverses combinaisons possibles de nucléobases et de chaînes latérales d'acides aminés à partir de structures de complexes ADN-protéine de haute qualité. Comme exemple, notre approche peut raisonnablement générer les détails subtils de structure électronique pour les facteurs de transcription orthologues AP-1 humain et Zta du virus d'Epstein-Barr en quelques secondes sur un ordinateur portable. Cette méthode améliore potentiellement notre compréhension des variations de structure électronique des complexes d'interaction gène-protéine, même ceux impliquant des dizaines de protéines et de gènes. Nous espérons que cette étude offre un outil puissant pour analyser les mécanismes de régulation de la transcription à un niveau de structure électronique. Sujet du contenu Les facteurs de transcription qui se lient à l'ADN modulent l'expression des gènes, avec la stabilité et la réactivité de leurs interactions élucidées par les valeurs propres dérivées du modèle à liaison forte. La visualisation de ces interactions révèle l'Orbital Moléculaire Occupé le Plus Élevé (HOMO) et l'Orbital Moléculaire Non Occupé le Plus Bas (LUMO), l'écart entre lequel détermine la réactivité et la stabilité du complexe moléculaire. Cette approche fait progresser notre compréhension de la régulation des gènes en révélant la dynamique du transfert de charge et des états électroniques au sein des complexes facteur de transcription-ADN.