Российские и американские ученые с помощью моделирования сравнили распределение натрия и калия в разных растворах вокруг ДНК. Им удалось подобрать оптимальную модель, в которой ионы калия, необходимые для некоторых процессов, связываются с ДНК в нужных количествах. При этом не образовывалось избыточной концентрации натрия. Полученные результаты помогут точнее моделировать поведение ДНК, в том числе для разработки лекарств от рака. Статья опубликована в журнале Journal of Chemical Theory and Computation.
В живых клетках молекулы ДНК свернуты в хромосомы, находящиеся внутри ядра, где концентрация ионов калия значительно превышает концентрацию натрия. Однако экспериментальные растворы, в которых содержится ДНК, обычно содержат хлорид натрия, что отличает их от природной среды и может повлиять на результаты экспериментов. В клетке ионы, окружающие ДНК, стабилизируют ее структуру. Цепочки заряжены отрицательно, и без экранирующих их ионов и воды они могут разъединиться. Кроме того, для правильного функционирования ДНК и РНК часто необходимо, чтобы ионы натрия или калия связывались в специфичном кармане между нуклеотидами.
Для исследования взаимодействий ионов с ДНК используется моделирование методом молекулярной динамики. Оно позволяет вычислять зависимости координат атомов от времени. На скорости движения ионов и атомов ДНК влияют их параметры и вода. Ученые из МФТИ и Сколково совместно с американскими коллегами создали симуляции ДНК в растворах хлоридов натрия и калия с использованием четырех наиболее широко применяемых комбинаций моделей воды и ионов. Авторы вычислили, как меняются концентрации ионов натрия и калия при разном расстоянии до оси ДНК, и сравнили их между собой.
Оказалось, что при использовании одной из моделей воды ионы калия связывались с ДНК в специфических сайтах гораздо лучше, чем в остальных симуляциях, что соответствует экспериментальным наблюдениям. Однако в этом случае ионы натрия притягивались к ДНК в слишком больших количествах. Модель OPC (optimal point charge) показала удовлетворительное связывание калия с ДНК и нужное количество сконденсированного на ДНК натрия. Поэтому она может быть использована как компромиссный вариант.
«Наше сравнение подчеркивает одну из основных проблем молекулярного моделирования ДНК — сложность подбора модели воды и параметров ионов моделируемой системы. Мы надеемся, что полученные результаты помогут научному сообществу получать более точные результаты при моделировании ДНК. Также мы выявили некоторые различия во взаимодействии ионов натрия и калия с ДНК. Замена натрия на калий в экспериментальных растворах может сделать получаемые результаты гораздо более применимыми в индустрии», — рассказал соавтор исследования Егор Колесников.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
