The interplay of supercoiling and thymine dimers in DNA

生物 DNA超螺旋 DNA 胸腺嘧啶 遗传学 嘧啶二聚体 计算生物学 进化生物学 生物物理学 DNA复制 DNA修复
作者
Wilber Lim,Ferdinando Randisi,Jonathan P. K. Doye,Ard A. Louis
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:50 (5): 2480-2492 被引量:11
标识
DOI:10.1093/nar/gkac082
摘要

Abstract Thymine dimers are a major mutagenic photoproduct induced by UV radiation. While they have been the subject of extensive theoretical and experimental investigations, questions of how DNA supercoiling affects local defect properties, or, conversely, how the presence of such defects changes global supercoiled structure, are largely unexplored. Here, we introduce a model of thymine dimers in the oxDNA forcefield, parametrized by comparison to melting experiments and structural measurements of the thymine dimer induced bend angle. We performed extensive molecular dynamics simulations of double-stranded DNA as a function of external twist and force. Compared to undamaged DNA, the presence of a thymine dimer lowers the supercoiling densities at which plectonemes and bubbles occur. For biologically relevant supercoiling densities and forces, thymine dimers can preferentially segregate to the tips of the plectonemes, where they enhance the probability of a localized tip-bubble. This mechanism increases the probability of highly bent and denatured states at the thymine dimer site, which may facilitate repair enzyme binding. Thymine dimer-induced tip-bubbles also pin plectonemes, which may help repair enzymes to locate damage. We hypothesize that the interplay of supercoiling and local defects plays an important role for a wider set of DNA damage repair systems.

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