我们非常感谢分享DNA双螺旋分子动力学模拟产生的坐标吉日Šponer的。我们也承认纳达Spackova为协助下载这些结构。通过USPHS研究资助支持这项工作GM34809和GM096889表示感谢。

1。安装软件包<ol><li>连接到的追梦3DNA在<a href="http://x3dna.org" target="_blank">http://x3dna.org</a>网站和单击链接到3DNA论坛。在论坛内，选择"注册"链接，并按照说明进行操作，以创建一个新的帐户。 </li><li>以下说明详细安装一个基于OS X的Macintosh电脑，一个默认的bash&#39;壳上的软件。 Linux或Windows（Cygwin的的MinGW / MSYS）系统常用shell（包括&#39;tcsh的&#39;）的程序内发现3DNA论坛。 </li><li>一旦你已经建立了用户名和密码，登录进入论坛。欢迎部分，在新页面上选择"下载"链接选择&#39;3 DNA的下载"。这会带给你追梦的下载页面，可以下载各种版本的软件。 </li><li>选择Mac OS X的英特尔链接下载一个压缩的文件（tar.gz的）包含软件。 </li><li>双集团公司k对（tar.gz）文件来创建一个文件夹名为-V2.1 x3dna的。这个文件夹，其中包含的3DNA软件套件，可以移动到任何位置。对于这个食谱的目的，我们将它拖放到"应用程序"目录。在这个阶段，你已完成的tar.gz文件，可以删除它。 </li><li>打开终端应用程序，通常发现在"实用工具"下，更改到V2.1 x3dna的第5步中创建的目录，使用以下命令（在这里结束，下面的说明一个回车）: CD / Applications/x3dna-v2.1的</li><li> 3DNA正常打字需要运行安装脚本: ./bin/x3dna_setup </li><li>将步骤7中印两线出口设置。如果用户已经在"应用程序"目录中放置软件，两行应显示如下: 出口X3DNA = / Applications/x3dna-v2.1号 出口PATH = / Applications/x3dna-v2.1/bin:$ PATH 一个不同的&#39;应用&#39;字，除了将APPEAR在出口命令，如果用户选择安装的软件在不同的目录。此备用目录名称会取代在上述两个命令的&#39;应用&#39;。请注意，如果默认的shell是tcsh的&#39;，而不是&#39;庆典&#39;，两行的内容将是:的setenv X3DNA / Applications/x3dna-v2.1和SETENV路径/ Applications/x3dna-v2.1/bin:$ PATH中。 </li><li>请在"搜索"看，如果一个文件名为&#39;。bashrc&#39;中已经存在你的电脑上。 </li><li>打开TextEdit应用程序在"应用程序"目录下的"格式"菜单中选择"纯文本"。 </li><li>如果&#39;。bashrc&#39;中存在文件从第9步，在打开文件TextEdit和导出设置粘贴步骤8至文件末尾。如果没有&#39;。bashrc中的文件退出，粘贴导出设置到一个空白文件，并从第8步保存的文件名&#39;。bashrc中&#39;在你的home目录。 （主目录是由"房子"在Macintosh上的图标表示。） </li><li>为了让新的设置到bê，你必须运行新保存&#39;。bashrc&#39;中文件内的终端程序，使用下面的命令: bashrc中源〜/。 </li><li>追梦的套房现在已经安装在你的系统内的终端程序，您可以执行协议2-5。协议6，一个网络接口使用w3DNA追梦软件选择的特征。 </li></ol> 2。晶体结构分析<ol><li>我们说明使用莱姆病螺旋体 8 HBB蛋白结合的DNA的核酸结构的分析。与这个结构的原子坐标文件，可以发现蛋白质数据银行13（PDB <a href="http://www.rcsb.org/" target="_blank">http://www.rcsb.org</a> ），它是在结构标识符2np2的分配。随附的补充资料包括一份这个文件，也可以找到<a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">http://forum</a> 3DNA论坛<a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">。</a>x3dna.org/jove。 </li><li>追梦的结构分析的第一步是创建一个文件，该文件列出了所有的配对基地。这是通过"find_pair程序通过键入以下内容: find_pair 2np2.pdb 2np2.bps 这里2np2.pdb文件的原子坐标上述2np2.bps的是输入输出的文本文件，其中包含的碱基配对信息。后者碱基对文件由用户如果有必要，可以检查和编辑。 </li><li>在分析中的下一个步骤是确定所特有的结构的几何参数。这些包括标准的化学扭转角14，pseudorotation角度描述的褶皱的糖环15，刚体参数指定基地和连续的碱基对16等措施，立体化学结构的安排。命令&#39;分析&#39;作为输入碱基对步骤2中生成的文件，并创建几个OU的TPUT文件，出现在当前工作目录。计算这些值是通过输入以下命令: 分析2np2.bps， 用在这里的输出文件包括的2np2.out，其中包含计算的参数的概述，bp_step.par，其中包含刚体上述参数的列表。后者的文件可以方便地阅读到电子表格程序，作进一步的分析和策划。代表结果（ 图1）的一个例子。 </li></ol> 3。从硬体参数构建的DNA结构<ol><li>除了一个核酸结构的分析，追梦的软件提供的能力，建立一个结构模型刚体使用&#39;重建&#39;命令的参数。在这个协议中，我们将展示如何构建两个DNA螺旋模型，首先用刚体参数计算协议2 HBB-DNA复合物，然后使用修改后的参数设置在w一族选定的滚动角被改变。侧倾角测量连续的碱基对的DNA进入槽16的弯曲程度。轧辊的正的值相关联的与缩小的大沟和负值的小沟变窄。的是标准基准帧17所通 ​​过3DNA和其他流行的核酸分析软件， 例如的曲线+ 18，可确保数值的一致性Watson-Crick碱基对中的计算参数。 </li><li> 3DNA"重建"功能默认情况下，将创建只包含含氮碱基中的原子坐标的精确的原子模型。为了创造一个近似的原子模型，其中包括骨干和基础原子的坐标，输入以下命令: x3dna_utils cp_std BDNA 此命令指示3DNA刚体参数引入一个标准的B型DNA骨干构建设模式。 </li><li>裴LD的双螺旋模型，刚体HBB-DNA结构中找到的参数，键入以下内容: 重建原子bp_step.par 2np2_rbld_org.pdb 在这里，&#39;原子&#39;指定的全原子模型的建设与所有重型（非氢）原子的原子坐标，&#39;bp_step.par&#39;议定书2第3步中生成的文件，其中包含了输入的刚体参数，&#39;2 np2_rbld_org.pdb&#39;是输出文件创建的结构的原子坐标。后者按照同规格的PDB文件格式，从而终止。PDB&#39;。 </li><li>可编辑&#39;bp_step.par的文件，生成一个修改过的结构。在Macintosh上的变化可以用TextEdit应用程序中所描述的协议1步骤10。 </li><li>在这里，我们修改两个站点的最大弯曲极端辊形成的夹角。值，以度表示，从64.95的值改为0，第17行和600.93第26行。我们用一个新名称保存修改后的文件，&#39;bp_step_roll0.par&#39;，关闭的TextEdit程序。 </li><li>我们建立的结构，在步骤3中，通过打字输入文件与修改后的一套步骤参数: 重建原子bp_step_roll0.par 2np2_rbld_roll0.pdb </li><li>可以被视为在一个标准的分子观者如PyMOL的（ <a href="http://www.pymol.org/" target="_blank">www.pymol.org</a> ），这两个模型，使用生成的坐标文件（的。pdb）作为输入。请参阅图像重建结构的代表性的结果（ 图2）。 </li></ol> 4。多模型结构文件分析<ol><li>协议2，在此我们分析一个单一的含核酸结构，在这里我们将展示如何分析结构大合奏。我们研究了随着时间的推移沿着一系列的14个碱基对的DNA链得到的分子动力学（MD）模拟11的刚体参数的变化</sup&gt;。分析认为，4500结构，间距为100皮秒的增量在MD计算，4,500单独的文件保存在。随附的补充数据包括这些文件的副本，以及反向的DNA序列（见碱基的确切顺序的介绍性文字）模拟了一套4500的其他文件。两套文件和一个较小的数据子集，也可以发现3DNA在<a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">http://forum.x3dna.org/jove</a>论坛上。 </li><li>在分析中的第一个步骤是通过运行的&#39;find_pair程序进行协议2，识别配对的碱基相同。由于整个组的结构股相同的碱基配对方案一需要运行&#39;find_pair&#39;，只有一次有代表性的文件。在这里，我们选择的第1001个结构在DNA链含中央步骤，的文件名md_AT_set1.pdb.1001的模拟。下面的指令属韭碱基配对信息，并将其存储在文件中md_AT_set1.bps: find_pair md_AT_set1.pdb.1001 md_AT_set1.bps 用户可以检查所确定的碱基配对和知识结构的基础上在文件中进行手动更改。 </li><li>下一个步骤是确定整组使用"x3dna_ensemble分析"命令的结构的几何参数。该程序使用作为输入碱基对生成的文件在步骤2中（md_AT_set1.bps）以及一个文件包含要分析的结构的列表。后面的文件，这里称为md_AT_set1.list，包含4500个文件进行分析，在个别行上输入的文件名中的顺序生成的分子动力学模拟。这个文件的副本包含在补充材料，也提供3DNA论坛。用户应注意，由于大量的文件，计算的时间会很长（约20分钟AMD羿龙II X4 965处理器，每1000个文件）。钍e命令运行通过键入以下内容: x3dna_ensemble分析 - B md_AT_set1.bps的-L md_AT_set1.list邻md_AT_set1.out 在上面的例子&#39;-B&#39;涉及到碱基对在第2步中创建的文件，"-L"指定的文件列表，&#39;邻&#39;允许用户指定一个名称到输出文件中。也有很多选择&#39;x3dna_ensemble分析"命令，可以配合使用，如具体型号的选择。用户可以键入&#39;x3dna_ensemble分析-H"来获取有关这些选项的更多信息。 </li><li>下一步骤是提取所需的刚体参数从概述的输出文件，md_AT_set1.out，在步骤3中产生。这是使用"x3dna_ensemble提取物"命令执行。一上市可用的几何参数，可以发现输入&#39;x3dna_ensemble提取L&#39;。在这里，我们提取的滚动角，并创建一个以逗号分隔的文本文件（CSV）的侧倾角度用以下命令: x3dna_ensemble提取物 - 对滚-S，-F md_AT_set1.out邻md_AT_set1_roll.csv &#39;-P卷在此命令中指定要提取的参数，"-S"表示一个逗号分隔的文件，&#39;-F&#39;表示合奏分析命令的输出文件，和&#39;邻&#39;允许用户在所有分析的结构的DNA命名为CSV输出文件中的侧滚角沿。这个文件可以读取到其它程序中作进一步的分析和策划。请参阅代表结果（ 图3），在上述两个MD生成的数据集和用于生成这些图像在MATLAB脚本3DNA论坛辊的变化进行分析。 </li></ol> 5。多模型结构的叠加到一个共同的参考框架<ol><li>追梦（2.1版）的最新版本有一个新功能，它允许用户在多个结构从一个普通的角度看。 &#39;x3dna_ensemble重新定位"命令相关结构的叠加集合上课在一个共同的碱基对或碱基对的步骤。以下协议适用于这种能力O3 DNA运营商绑定在Lac阻遏蛋白12的头饰核磁共振派生结构。下的标识符2kek的多模式结构的文件，该文件包含了所有的结构模型在一个文件中，而不是单独的文件中，例如用于每个协议4的4500型号，这些结构被存储在PDB中。随附的补充资料包括一份这个文件，也可以找到3DNA在<a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">http://forum.x3dna.org/jove</a>论坛。 </li><li>正如在先前的协议中，第一步是计算的DNA的碱基配对可与&#39;find_pair"程序获得。在这种情况下，我们使用输入文件kek.pdb &#39;2&#39;，并键入以下内容: find_pair 2kek.pdb 2kek.bps 碱基配对产生PDB文件使用的第一款车型。手动更正的输出bASE对的文件，&#39;2 kek.bps"，可以进行知识结构的基础上。 </li><li>该方案的x3dna_ensemble重新定向&#39;对齐在一个多模型结构的一个共同的参考帧的单独的模型。此程序需要pdb文件和碱基配对的文件作为输入，并从以前的步骤，运行以下命令: 重新调整-B 2kek.bps x3dna_ensemble F 1-E 2kek.pdb邻2kek_fr1.pdb 在这里&#39;-B&#39;选项指定的碱基配对文件，参数"-f 1&#39;表示的碱基对上所有的结构是一致的，在这种情况下，碱基对的1序列息链的5&#39;-末端&#39;-E&#39;指定的输入集合文件，"-o"参数允许用户提供一个输出文件名，在这种情况下，&#39;kek_fr1.pdb&#39;。有关命令选项的更多信息，可以通过键入&#39;x3dna_ensemble重新调整H&#39;。请参阅代表结果（ 图4）对齐的结构的讨论。 </li></ol> 6。工程业CTION的蛋白质修饰过的DNA分子<ol><li>的w3DNA Web界面包括一些流行的功能的3DNA软件包。在这里，我们提请注意的能力，构建三维模型与Web服务器的蛋白质修饰过的DNA。结合的DNA片段采用刚体参数所选择的蛋白质-DNA复合物，这里的值HBB 2协议分析的蛋白质的DNA结合。未绑定的DNA区域，可以采取三个用户选定的螺旋形式（A，B或C）之一。 A，B和C是指有三个典型的DNA模型，从早期的光纤衍射实验，分别为11，10，每回合的双螺旋19-21和9个碱基对。 </li><li>构建蛋白质修饰过的DNA模型的第一步是位于<a href="http://w3DNA.rutgers.edu" target="_blank">http://w3dna.rutgers.edu，</a>参观w3DNA网站。从菜单中选择"重建"的顶部左侧的页面激活vates在线模式建设能力。 </li><li>下一个步骤是选择在浅色阴影的框中，然后在新的页面的中间发现的&#39;束缚的蛋白质与DNA模板"链接。此选择将激活一个下拉菜单，该菜单允许用户指定结合的蛋白质的数量。在这里，我们选择了两个结合蛋白，并单击"继续"按钮。请注意，模型的大小受限制，以1,000个碱基对，或2000个核苷酸，和第三结合蛋白。 </li><li>结合的蛋白质的数量的选择导致在图5中所示的类似的规范页面。在该页面允许用户指定的DNA序列，螺旋形式的未结合的DNA结合蛋白的身份和位置的。 </li><li>用户类型或粘贴在中间的规格页中的文本框（ 图5，标签1）按照期望的顺序。注意唯一标准的残留物 - A，T，C，G，U - 被接受。在这里，我们进入了81个碱基对的坎opolymer，完全的A·T对组成序列息链中的A。 </li><li>有一个下拉菜单（ 图5，标签2），下面的文本框中，选择未绑定的螺旋构象的DNA区域。在这个例子中，我们选择的B型构象。 </li><li>底部进入的规格页的装订位置（s）和文件名 ​​（S）结合蛋白（S）（ 图5，标签3）附近有一个文本框。的结合位置指定的蛋白质结合的片段的DNA序列上的中心的位置。如果结合的DNA包含奇数个碱基对，如六溴代二苯DNA结构中的结合位置表示的位置的中间的碱基对的片段。 HBB-DNA结合的情况下，这中间的碱基对是T·T mispair。在这个例子中，在这里我们将两个拷贝的贫血症状的蛋白质的DNA模板，放置在位置20和63的81个碱基对的DNA序列中的T·T对序列。请注意，绑定的片段的序列不具有配合在步骤5输入。如果蛋白质结合的区域包含偶数数目的碱基对中的结合位置表示的位置上的DNA碱基对的中间步骤。也就是说，中央结合的片段的碱基对的步骤，n和n +1，其中n是沿段的指定数目的碱基对之间。另外请注意，用户可以与任何蛋白质修饰的DNA，只要其与DNA的复合物的结构是已知的并存储在标准PDB格式13。 </li><li>在规范的页的底部是一个盒子，它允许用户生成的蛋白结合的DNA（ 图5，标签4）的预览。在这里，我们请选中该复选框并单击"继续"按钮。这个动作会产生一个查看页面，列出所选的参数，以及可能出现的任何错误，从选定的结合位点的重叠。用户可以LECT"返回"按钮，如有需要作出改变或&#39;建立&#39;按钮继续。 </li><li>翻页显示的静态图像的DNA-蛋白质复合物在其大多数扩展的安排，并允许上线交互式可视化通过Jmol的Webmol的。用户还可以下载一个坐标（PDB）文件，按照同规格的PDB格式。这是通过选择"重建pdb文件生成的图像下面的链接下载。到一个分子的进一步可视化的图形程序，后者可以方便地阅读文件。代表结果的的贫血症状装饰DNA的例子（ 图6）如上所述，一个稍微长链（86个碱基对的）在位置20和67的中心的HBB。 </li></ol>

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R., Schneider, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Nucleic+Acid+Database:+a+comprehensive+relational+database+of+three-dimensional+structures+of+nucleic+acids.">The Nucleic Acid Database: a comprehensive relational database of three-dimensional structures of nucleic acids.</a> Biophys. J. 63, 751-759 (1992).</li><li>Stella, S., Cascio, D., Johnson, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shape+of+the+DNA+minor+groove+directs+binding+by+the+DNA-bending+protein+Fis.">The shape of the DNA minor groove directs binding by the DNA-bending protein Fis.</a> Genes Dev. 24, 814-826 (2010).</li><li>Swigon, D., Coleman, B. D., Olson, W. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ARTS+web+server+for+aligning+RNA+tertiary+structures.">The ARTS web server for aligning RNA tertiary structures.</a> Nucleic Acids Res. 34, 412-415 (2006).</li><li>Dixit, S. B., Beveridge, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+bioinformatics+of+DNA:+a+web-based+tool+for+the+analysis+of+molecular+dynamics+results+and+structure+prediction.">Structural bioinformatics of DNA: a web-based tool for the analysis of molecular dynamics results and structure prediction.</a> Bioinformatics. 22, 1007-1009 (2006).</li><li>de Vries, S. J., van Dijk, M., Bonvin, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+HADDOCK+web+server+for+data-driven+biomolecular+docking.">The HADDOCK web server for data-driven biomolecular docking.</a> Nat. Protoc. 5, 883-897 (2010).</li><li>Capriotti, E., Marti-Renom, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SARA:+a+server+for+function+annotation+of+RNA+structures.">SARA: a server for function annotation of RNA structures.</a> Nucleic Acids Res. 37, 260-265 (2009).</li><li>van Dijk, M., Bonvin, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-DART:+a+DNA+structure+modelling+server.">3D-DART: a DNA structure modelling server.</a> Nucleic Acids Res. 37, W235-W239 (2009).</li><li>Contreras-Moreira, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-footprint:+a+database+for+the+structural+analysis+of+protein-DNA+complexes.">3D-footprint: a database for the structural analysis of protein-DNA complexes.</a> Nucleic Acids Res. 38, D91-D97 (2010).</li><li>Popenda, M., Szachniuk, M., Blazewicz, M., Wasik, S., Burke, E. K., Blazewicz, J., Adamiak, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNA+FRABASE+2.0:+an+advanced+web-accessible+database+with+the+capacity+to+search+the+three-dimensional+fragments+within+RNA+structures.">RNA FRABASE 2.0: an advanced web-accessible database with the capacity to search the three-dimensional fragments within RNA structures.</a> BMC Bioinformatics. 11, 231 (2010).</li><li>&#268;ech, P., Svozil, D., Hoksza, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SETTER:+web+server+for+RNA+structure+comparison.">SETTER: web server for RNA structure comparison.</a> Nucleic Acids Res. , (2012).</li></ol>

没有利益冲突的声明。

在这篇文章中提出的协议集，只触及3DNA程序套件的能力。的工具，可以适用核糖核酸结构识别非经典的碱基对，以确定的二级结构的上下文中，会发生这样的配对，量化螺旋片段的空间配置，测量沿链主链的碱基重叠，等等。 rebuild命令允许用户构建简单和翔实的基地和基地对像中的插图所示， 图1块表示。建设工具还包括在一个给定的结构化模板功能，以"线"不同的序列，产生无数双，三，四链DNA结构模型，在一个特定的方向定位模型等，最后，追梦在一些其他的项目，如:核酸27的SWS溶剂Web服务;艺术Web服务器发挥了重大的作用对准RNA三级结构28;分子动力学模拟结果的分析和结构预测29的的基于Web MDDNA工具;的HADDOCK信息驱动的蛋白质-DNA对接方法30 SARA服务器功能注释RNA结构31; 3D DART DNA结构建模服务器32数据库进行结构分析，蛋白质-DNA复合物33的三维足迹;于RNA的结构34识别的三维片段的RNA FRABASE的2.0数据库;成对比较的SETTER web服务器的的RNA结构35。据我们所知，目前还没有其他核酸结构软件包具有比较广泛的组合功能和强大的性能记录3DNA。

了解三维结构的DNA，RNA和蛋白，药物和其他配体的配合物，用于解密其不同的生物功能是至关重要的，允许设计合理的治疗学。这种结构的探索需要三个单独的，但密切相关的部分组成:分析（提取型态的形状和相互作用），建模（评估能量和分子动力学），和可视化。结构分析和模型建设基本上同一枚硬币的两面，他们两个补充和可视化。 3DNA一套计算机程序，是一个日益流行的结构与功能的生物信息学工具包，分析，构建和可视化三维核酸结构。早期出版物概述软件1，提供的食谱执行所选任务2的功能，介绍了基于Web的界面软件的流行特点，结构特点数据库收集使用 3DNA 4，5和示出的软件的实用程序在分析中的DNA和RNA结构6，7。 本文目的是把的3DNA软件套件实验室科学家和其他人的利益和/或需要调查的DNA和RNA的空间组织与国家的最先进的计算工具。这里提出的协议包括一步一步的说明（一）下载并安装一个Mac OS X系统上的软件，（II-III）DNA碱基对组成的步骤，水平结构分析和修改（ IV-V），以分析和相关的DNA结构调整套，及（vi）与用户友好的w3DNA Web界面蛋白质修饰过的DNA链构建模型。软件具有分析能力，解决个别结构，利用X射线晶体学方法以及大型利用核磁共振（NMR）方法测定结构或计算机仿真技术所产生的合奏。 这里的结构检查包括（i）的高分辨率晶体结构的DNA势必到HBB蛋白从伯氏疏螺旋体 （蜱传播的细菌，导致莱姆病在人类9，10），（二）两个大组顺序相关的DNA分子与分子模拟11 - 4500快照d的（GGCAAAATTTTGCC）的，2和d（CCGTTTTAAAACGG）2在100皮秒为单位收集，在计算过程中，及（iii）O3 DNA操作员基于NMR的结构的一个小的合奏绑定的头饰在大肠杆菌 lac阻遏蛋白12。下面的说明包括有关如何访问这些结构，以及如何使用3DNA（此文件的一个副本被发现相关文件的原子坐标信息3DNA在<a href="http://forum.x3dna.org/jove" target="_blank">http://forum.x3dna.org/jove</a>论坛）审查和修改这些结构。

analyzing and building nucleic acid structures with 3dna

追梦的软件包是一个流行和通用的生物信息学工具与功能分析，构建，可视化三维核酸结构。本文提出了详细的协议的一个子集3DNA提供新的和流行的特点，适用于个别结构和相关结构的合奏。协议1列出下载并安装该软件所需要的指令的集合。其次，协议2，通过分析的核酸结构，包括碱基对的分配和确定刚体参数描述结构，协议3，由一个原子的重建的说明模型的结构从它的刚体参数。追梦，版本2.1，最新版本的结构歌舞团的分析和操作的新功能，如核磁共振（NMR）测量和分子动力学（MD推导出）模拟，这些功能在协议中的4和5。除了 ​​追梦的独立软件包，w3DNA位于<a href="http://w3dna.rutgers.edu" target="_blank">http://w3dna.rutgers.edu</a> ， web服务器，提供了一个友好的用户界面功能的软件选择。协议6演示了一个新的功能的网站建设模型长的DNA结合蛋白的分子修饰在用户指定的位置。

常规使用的的3DNA软件工具来分析核酸结构。例如，碱基对的身份和特征在双螺旋片段的碱基的DNA和RNA结构的安排刚体参数自动计算，为每一个新的条目存储在核酸数据库22，世界范围内的存储库核酸的结构信息。刚体参数确定协议2的值轻易表露在三维结构的扭曲，如极端的DNA大沟，大正滚动角（64.95°，60.93°）弯曲成两个网站，发现在AT·AT与伯氏疏螺旋体 HBB蛋白8（ 图1）的晶体复合物的步骤13和22中。 重建协议3从这些量的结构的能力的软件使人们有可能确定如何在灵敏度独立的基础和碱基对的步骤，有助于整体分子倍。如在图2中示出，全球HBB诱导的DNA弯曲反映了更多的，比两个极端辊扭曲如上所述。即，重构与这些碱基对的步骤时，仍然高度弯曲的DNA拉直， 即用空的侧滚角的上面的两个站点。同样的技术曾揭示了特定的碱基对的步骤和变形的表面上包裹的核小体的核心颗粒6的DNA的超螺旋间距和受约束的DNA的小沟的宽度的细菌类核相关蛋白FIS 23。 新的能力3DNA协议4中所述，研究大量的相关结构使得能够提取模拟的DNA和RNA分子的空间安排，两个序列的和随时间变化的模式。例如，（黄色）山口或编码的连续的碱基对的模拟DNA结构11在两个大型集的轧辊之间的角度，揭示了这些分子的优先弯曲在嘌呤嘧啶碱基对的步骤（ 图3）。辊了更高的价值，描绘的红色，持续时间很短的端部的DNA提示局部熔化和再退火的双螺旋结构。的变型态等刚体参数，如互补碱基之间的角度和距离，可以帮助破译的精确结构的扭曲。 追梦的软件协议5中，一个共同的参考框架，重新调整相关的分子的能力，揭示隐藏在许多文件存储在PDB整体结构的功能。例如，传统的对应的相关结构的相应的原子的根均方拟合的基础上，产生了一系列类似的空间途径吨的帽子大致叠加后，另一个基于核磁共振的十大车型O3 DNA运营商势必在Lac阻遏蛋白12（ 图4左 ）的头饰。叠加在一个共同的坐标系上的5&#39;-末端碱基对每个双工相同的结构，揭示了相当大的全局结构的扭曲，其中分子在略微不同的方向（ 图4右 ）弯曲。结构变异可能会影响在大肠杆菌 lac阻遏蛋白结合的难易程度O3和诱导lac操纵子24的 O3和顺序遥远运营商之间的循环。 协议6中列出的步骤，建筑模型长的DNA片段与蛋白质和其他配体在任意站点的装饰，增加了一个新的视角，大大分子组件的组织。这种模型有助于了解多分子复合物在生物处理过程中互动。 如图6所示，像HBB的建筑蛋白的精确位置可以整体折叠的DNA上有一个戏剧性的效果。如果已知高分辨率结构8的两个副本中分离了43个碱基对，一个81个碱基对的DNA片段关闭到一紧，几乎闭合的配置。由附加的5个碱基对分开的两个融合蛋白的DNA如下一个开放的，蜿蜒的通路。蛋白装饰的复式示范的非常不同的安排间隔的方式，可能会影响到建筑的蛋白质的DNA 25，26的环化反应或循环。 <img alt="图1" fo:content="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/4401/4401fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4401/4401fig1.jpg" /> 图1。沿着DNA茶辊连续的碱基对之间的角度变化（见插入的视觉描写）莱姆病螺旋体 8 HBB蛋白结合使用&#39;分析&#39;命令3DNA协议2中描述的数据结构获得的数值。请注意上面的轧辊的极端值AT步骤，支架的结构的中间三分之一。 <img alt="图2" fo:content="6in" fo:src="/files/ftp_upload/4401/4401fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4401/4401fig2.jpg" /> 图2。使用&#39;重建&#39;功能3DNA PyMOL的颜色编码的原子（C-青色N-蓝色O-红P-金）提供的近似原子模型构建的DNA。模型的基础上（左）HBB蛋白和（右）的修改步骤参数组，其中两个最大的轧辊已设置为零的刚体步骤参数见协议一步一步的指示。注意:展开强加的变动引起的轧辊的DNA。 图3。颜色编码范围从蓝色到红色的马赛克图像，滚动角沿DNA两套模拟结构11。辊值，提取使用协议4，[-5°，20°]。注意轧辊的基准及大的值，所强调的黄色/红色列，这发生在在两个14个碱基对自互补序列的嘧啶嘌呤步骤相反的顺序进行。 <img alt="图4" fo:content="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4401/4401fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4401/4401fig4.jpg" /> 图4。发现在与的O3 DNA运营商的核磁共振派生结构的Lac阻遏蛋白头饰12说明功能的DNA模型的卡通形象"x3dna_ensemble重新定位"命令，图像呈现的在PyMOL中（骨干显示为蓝色枝金管基地）和对齐的PDB条目（2kek）的坐标（左）和（右）在协议5的结构叠加。注意:当放置在一个共同的参照帧上的5&#39;-端的碱基对之间的结构差异较大。 <img alt="图5" src="/files/ftp_upload/4401/4401fig5.jpg" /> 图5。屏幕截图的w3DNA Web服务器，说明规范的DNA序列（标签1），（标签2）未结合DNA的螺旋形式，位置和身份的蛋白质（标签3），并且预览图像"复选框（标签4）协议6。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/4401/4401fig5large.jpg" target="_blank">点击这里查看大图</a> 。 <img alt="图6" fo:content="5.25in" fo:src="/files/ftp_upload/4401/4401fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4401/4401fig6.jpg" /> 图6。近似的原子模型两个HBB蛋白8绑定到一个长的DNA片段。与w3DNA协议6中所描述的Web服务器，并呈现在PyMOL的创建结构。的蛋白链，而DNA是由原子类型（C-青色N-蓝色O-红P-金）彩色编码显示为紫色丝带。中央碱基对每种蛋白质的结合位点被设置在位置（左）20和62以及81碱基对的DNA链（右）20日和67沿线的86个碱基对的DNA链。注意增加（5个碱基对）排量的两种蛋白质的折叠结构的重大变化。

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Analyzing and Building Nucleic Acid Structures with 3DNA

追梦的软件包是一个流行和通用的生物信息学工具与功能分析，构建，可视化三维核酸结构。本文提出了详细的协议的一个子集3DNA提供新的和流行的特点，适用于个别结构和相关结构的合奏。

核酸结构分析及建设3DNA

The 3DNA software package is a popular and versatile bioinformatics tool with capabilities to analyze, construct, and visualize three-dimensional nucleic ...

analyzing-and-building-nucleic-acid-structures-with-3dna

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

20.5K 次观看.  Rutgers - The State University of New Jersey. 追梦的软件包是一个流行和通用的生物信息学工具与功能分析，构建，可视化三维核酸结构。本文提出了详细的协议的一个子集3DNA提供新的和流行的特点，适用于个别结构和相关结构的合奏。

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Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both stimuli and cargo can be tailored according to specific needs. Here we describe the DNA nanorobot fabrication protocol, with the use of the DNA origami technique. The procedure initiates by mixing short single-strand DNA staples into a stock mixture which is then added to a long, circular, single-strand DNA scaffold in presence of a folding buffer. A standard thermo cycler is programmed to gradually lower the mixing reaction temperature to facilitate the staples-to-scaffold annealing, which is the guiding force behind the folding of the nanorobot. Once the 60 hr folding reaction is complete, excess staples are discarded using a centrifugal filter, followed by visualization via agarose-gel electrophoresis (AGE). Finally, successful fabrication of the nanorobot is verified by transmission electron microscopy (TEM), with the use of uranyl-formate as negative stain.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

折叠的DNA折纸一个生物反应机器人与表征

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

科研

化学

Investigating Protein Sequence-structure-dynamics Relationships with Bio3D-web

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality for: (1) The identification of related protein structure sets to user specified thresholds of similarity; (2) Their multiple alignment and structure superposition; (3) Sequence and structure conservation analysis; (4) Inter-conformer relationship mapping with principal component analysis, and (5) comparison of predicted internal dynamics via ensemble normal mode analysis. This integrated functionality provides a complete online workflow for investigating sequence-structure-dynamic relationships within protein families and superfamilies.

A protocol for the online investigation of protein sequence-structure-dynamics relationships using Bio3D-web is presented.

研究与Bio3D-web的蛋白质序列 - 结构 - 动力学关系

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality ...

生物化学

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this article, we describe detailed protocols on how to fabricate sophisticated 2D shapes through the self-assembly of uniquely addressable single-stranded DNA tiles which act as molecular pixels on a molecular canvas. Each single-stranded tile (SST) is a 42-nucleotide DNA strand composed of four concatenated modular domains which bind to four neighbors during self-assembly. The molecular canvas is a rectangle structure self-assembled from SSTs. A prescribed complex 2D shape is formed by selecting the constituent molecular pixels (SSTs) from a 310-pixel molecular canvas and then subjecting the corresponding strands to one-pot annealing. Due to the modular nature of the SST approach we demonstrate the scalability, versatility and robustness of this method. Compared with alternative methods, the SST method enables a wider selection of information polymers and sequences through the use of de novo designed and synthesized short DNA strands.

DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

复杂的二维形状的从单链DNA的瓷砖自组装

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

3D Multicolor DNA FISH Tool to Study Nuclear Architecture in Human Primary Cells

A major question in cell biology is genomic organization within the nuclear space and how chromatin architecture can influence processes such as gene expression, cell identity and differentiation. Many approaches developed to study the 3D architecture of the genome can be divided into two complementary categories: chromosome conformation capture based technologies (C-technologies) and imaging. While the former is based on capturing the chromosome conformation and proximal DNA interactions in a population of fixed cells, the latter, based on DNA fluorescence in situ hybridization (FISH) on 3D-preserved nuclei, allows contemporary visualization of multiple loci at a single cell level (multicolor), examining their interactions and distribution within the nucleus (3D multicolor DNA FISH). The technique of 3D multicolor DNA FISH has a limitation of visualizing only a few predetermined loci, not permitting a comprehensive analysis of the nuclear architecture. However, given the robustness of its results, 3D multicolor DNA FISH in combination with 3D-microscopy and image reconstruction is a possible method to validate C-technology based results and to unambiguously study the position and organization of specific loci at a single cell level. Here, we propose a step by step method of 3D multicolor DNA FISH suitable for a wide range of human primary cells and discuss all the practical actions, crucial steps, notions of 3D imaging and data analysis needed to obtained a successful and informative 3D multicolor DNA FISH within different biological contexts.

3D multicolor DNA FISH represents a tool to visualize multiple genomic loci within 3D preserved nuclei, unambiguously defining their reciprocal interactions and localization within the nuclear space at a single cell level. Here, a step by step protocol is described for a wide spectrum of human primary cells.

3D多色DNAFISH工具研究人类原细胞核结构

A major question in cell biology is genomic organization within the nuclear space and how chromatin architecture can influence processes such as gene ...

遗传学

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

由小圆形 DNA 分子构建的稳定 DNA 分子、一维和二维纳米结构

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...

Hi-C: A Method to Study the Three-dimensional Architecture of Genomes.

The three-dimensional folding of chromosomes compartmentalizes the genome and and can bring distant functional elements, such as promoters and enhancers, into close spatial proximity 2-6. Deciphering the relationship between chromosome organization and genome activity will aid in understanding genomic processes, like transcription and replication. However, little is known about how chromosomes fold. Microscopy is unable to distinguish large numbers of loci simultaneously or at high resolution. To date, the detection of chromosomal interactions using chromosome conformation capture (3C) and its subsequent adaptations required the choice of a set of target loci, making genome-wide studies impossible 7-10.
We developed Hi-C, an extension of 3C that is capable of identifying long range interactions in an unbiased, genome-wide fashion. In Hi-C, cells are fixed with formaldehyde, causing interacting loci to be bound to one another by means of covalent DNA-protein cross-links. When the DNA is subsequently fragmented with a restriction enzyme, these loci remain linked. A biotinylated residue is incorporated as the 5' overhangs are filled in. Next, blunt-end ligation is performed under dilute conditions that favor ligation events between cross-linked DNA fragments. This results in a genome-wide library of ligation products, corresponding to pairs of fragments that were originally in close proximity to each other in the nucleus. Each ligation product is marked with biotin at the site of the junction. The library is sheared, and the junctions are pulled-down with streptavidin beads. The purified junctions can subsequently be analyzed using a high-throughput sequencer, resulting in a catalog of interacting fragments.
Direct analysis of the resulting contact matrix reveals numerous features of genomic organization, such as the presence of chromosome territories and the preferential association of small gene-rich chromosomes. Correlation analysis can be applied to the contact matrix, demonstrating that the human genome is segregated into two compartments: a less densely packed compartment containing open, accessible, and active chromatin and a more dense compartment containing closed, inaccessible, and inactive chromatin regions. Finally, ensemble analysis of the contact matrix, coupled with theoretical derivations and computational simulations, revealed that at the megabase scale Hi-C reveals features consistent with a fractal globule conformation.

The Hi-C method allows unbiased, genome-wide identification of chromatin interactions (1). Hi-C couples proximity ligation and massively parallel sequencing. The resulting data can be used to study genomic architecture at multiple scales: initial results identified features such as chromosome territories, segregation of open and closed chromatin, and chromatin structure at the megabase scale.

嗨 - C：一个方法研究基因组的三维架构。

The three-dimensional folding of chromosomes compartmentalizes the genome and and can bring distant functional elements, such as promoters and enhancers, ...

生物学

Probing RNA Structure with Dimethyl Sulfate Mutational Profiling with Sequencing In Vitro and in Cells

The role of RNA structure in virtually any biological process has become increasingly evident, especially in the past decade. However, classical approaches to solving RNA structure, such as RNA crystallography or cryo-EM, have failed to keep up with the rapidly evolving field and the need for high-throughput solutions. Mutational profiling with sequencing using dimethyl sulfate (DMS) MaPseq is a sequencing-based approach to infer the RNA structure from a base&#39;s reactivity with DMS. DMS methylates the N1 nitrogen in adenosines and the N3 in cytosines at their Watson-Crick face when the base is unpaired. Reverse-transcribing the modified RNA with the thermostable group II intron reverse transcriptase (TGIRT-III) leads to the methylated bases being incorporated as mutations into the cDNA. When sequencing the resulting cDNA and mapping it back to a reference transcript, the relative mutation rates for each base are indicative of the base&#39;s &#34;status&#34; as paired or unpaired. Even though DMS reactivities have a high signal-to-noise ratio both in vitro and in cells, this method is sensitive to bias in the handling procedures. To reduce this bias, this paper provides a protocol for RNA treatment with DMS in cells and with in vitro transcribed RNA.

Probing RNA Structure with Dimethyl Sulfate Mutational Profiling with Sequencing In Vitro and in Cells

The protocol provides instruction for modifying RNA with dimethyl sulfate for mutational profiling experiments. It includes in vitro and in vivo probing with two alternative library preparation methods.

使用硫酸二甲酯探测RNA结构 体 外 和细胞测序突变分析

The role of RNA structure in virtually any biological process has become increasingly evident, especially in the past decade. However, classical ...

<meta charset="utf8"></head><body>用于鉴别性 RNA 和 DNA 分析的精密 DNAzyme 纳米机器

DNAzyme 10-23 - Based Nanomachines for Nucleic Acid Recognition

DNAzyme-based nanomachines (DNM) for the detection of DNA and RNA sequences (analytes) are multifunctional structures made of oligonucleotides. Their functions include tight analyte binding, highly selective analyte recognition, fluorescent signal amplification by multiple catalytic cleavages of a fluorogenic reporter substrate, and fluorogenic substrate attraction for an increase in sensor response. Functional units are attached to a common DNA scaffold for their cooperative action. The RNA-cleaving 10-23 DNMs feature&#160;improved sensitivity in comparison with non-catalytic hybridization probes. The stability of the DNM and the increased chances of substrate recognition are provided&#160;by a double-stranded DNA fragment,&#160;a tile. DNM can differentiate two analytes with a single nucleotide difference in a folded RNA and a double-stranded DNA and detect analytes at concentrations ~1000 times lower than other protein-free hybridization probes. This article presents the concept behind the diagnostic potential of DNA-nanomachine activity and overviews DNM design, assembly, and application&#160;in nucleic acid detection assays.

<meta charset="utf8"></head><body>作者聚焦:DNA 纳米传感器的进步 – 解决分子检测中的灵敏度和选择性挑战

The DNAzyme-based nanomachines can be used for highly selective and sensitive detection of nucleic acids. This article describes a detailed protocol for the design of DNAzyme-based nanomachines with a 10-23 core using free software and their application in the detection of an Epstein-Barr virus fragment as an example.

DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

DNAzyme-based nanomachines (DNM) for the detection of DNA and RNA sequences (analytes) are multifunctional structures made of oligonucleotides. Their ...

核酸结构分析及建设3DNA

摘要

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此视频中的章节

折叠的DNA折纸一个生物反应机器人与表征

研究与Bio3D-web的蛋白质序列 - 结构 - 动力学关系

复杂的二维形状的从单链DNA的瓷砖自组装

3D多色DNAFISH工具研究人类原细胞核结构

由小圆形 DNA 分子构建的稳定 DNA 分子、一维和二维纳米结构

嗨 - C：一个方法研究基因组的三维架构。

使用硫酸二甲酯探测RNA结构体外和细胞测序突变分析

DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

核酸结构分析及建设3DNA

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研究与Bio3D-web的蛋白质序列 - 结构 - 动力学关系

复杂的二维形状的从单链DNA的瓷砖自组装

3D多色DNAFISH工具研究人类原细胞核结构

由小圆形 DNA 分子构建的稳定 DNA 分子、一维和二维纳米结构

嗨 - C：一个方法研究基因组的三维架构。

使用硫酸二甲酯探测RNA结构 体 外 和细胞测序突变分析

DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

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DNAzyme 10-23 - 用于核酸识别的基于纳米机器

使用硫酸二甲酯探测RNA结构体外和细胞测序突变分析