基因组复制和维持是通过在单链DNA(ssDNA)上运行的蛋白质的集体作用发生的。所有细胞表达单链DNA结合蛋白(SSB),通过隔离具有高亲和力的ssDNA来防止误差,使其不受瞬态结构并保护其免受不需要的化学修饰。必须易于重新定位SSB,否则可能会拖延DNA复制和修复过程。蛋白质如何模拟结合DNA却迅速结合?
通过一组广泛的全原子分子动力学(MD)模拟,我们阐明了SSB与SSDNA的分子机制。首先,我们表明相同的SSB-SSDNA复合物可以自发地重新排列其结构,并取决于它是被生理溶液或蛋白质 - 晶体环境所包围的。接下来,我们通过模拟SSB-SSDNA组件的机械解散以及SSDNA片段与SSB的自发关联的模拟来探测SSDNA与SSB之间的局部相互作用。我们发现,在沿SSB表面的可再现位点停滞时,ssDNA的机械解开是高度随机的 - 在我们的DNA缔合模拟中结合具有高亲和力的ssDNA的相同位点。最后,我们直接观察到构成SSB扩散沿SSDNA的基本步骤的微观事件:ssDNA凸起的形成及其在SSB高亲和力位点之间的随机运动。据我们所知,这是通过平衡全原子MD模拟对蛋白质-DNA复合物中扩散运动的首次直接观察。基于从三种免费方法得出的数据,我们得出结论,SSB – SSDNA组件是由固定在SSB表面上高亲和力斑点的松散相关的ssDNA拉伸形成的。SSB扩散沿ssDNA的速率可能是通过从这些斑点中解离SsDNA来确定的。