Molecular dynamics simulations of DNA oligomers under various electrostatic parameters

Laboratoire de Cristallographie Biologique, Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire du CNRS, 15, rue R Descartes, 67084 Strasbourg Cedex, France.

Abstract

The modelling program AMBER 3.0 has been used to generate molecular dynamics trajectories of d(A-T) and dA-dT oligomers. The simulations were done without explicit solvent molecules but with two different dielectric functions (ε(r) = 4r and a sigmoidal distance-dependent dielectric function ε(r) = ε_cal) as well as with and without derivation of the additional distance-dependence introduced. Best comparisons between experimental (Raman, NMR, X-ray data) and calculated results are obtained with the c dielectric function with derivation of the distance-dependence of the dielectric function. Thus, the pseudorotation phases of the adenine residues are systematically higher (around C_2’-endo) than those of the thymine residues (close to O_4’-endo). Also, depending on the dielectric function, the lifetimes of the Watson-Crick H-bonds are 10 to 50 times longer than those of the three-centered H-bonds in the major groove of dA-dT.

Résumé

Le programme AMBER 3.0 a été utilisé afin d’étudier les comportements dynamiques des polyd(A-T) et polyd(A) polyd(T). Les simulations ont été faites sans molécules de solvant explicites mais en utilisant deux fonctions diélectriques (ε(r) = 4r et une fonction sigmoïdale dépendant de la distance ε(r) = ε_cal). Des modifications du programme AMBER ont également permis de tenir compte ou non du terme supplémentaire provenant de la dérivée du potentiel lors de l’utilisation d’une fonction diélectrique dépendant de la distance. Les meilleurs accords entre l’expérience (Raman, RMN, données cristallographiques) et le calcul sont obtenus avec ε_cal, en tenant compte du terme supplémentaire dans la dérivée. Ainsi, la phase de pseudorotation des adénines (autour de C_2’-endo) est systématiquement plus haute que celles des thymines (proche de O_4’-endo). Suivant la fonction diélectrique, le temps de vie des liaisons H de type Watson-Crick est 10 à 50 fois plus long que celui des liaisons H à 3 centres présentes dans le grand sillon du polyd(A) polyd(T).