An intricate balance of hydrogen bonding, ion atmosphere and dynamics facilitates a seamless uracil to cytosine substitution in the U-turn of the neomycin-sensing riboswitch
Identifikátory výsledku
Kód výsledku v IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68081707%3A_____%2F18%3A00495518" target="_blank" >RIV/68081707:_____/18:00495518 - isvavai.cz</a>
Nalezeny alternativní kódy
RIV/61989592:15310/18:73591183
Výsledek na webu
<a href="http://dx.doi.org/10.1093/nar/gky490" target="_blank" >http://dx.doi.org/10.1093/nar/gky490</a>
DOI - Digital Object Identifier
<a href="http://dx.doi.org/10.1093/nar/gky490" target="_blank" >10.1093/nar/gky490</a>
Alternativní jazyky
Jazyk výsledku
angličtina
Název v původním jazyce
An intricate balance of hydrogen bonding, ion atmosphere and dynamics facilitates a seamless uracil to cytosine substitution in the U-turn of the neomycin-sensing riboswitch
Popis výsledku v původním jazyce
The neomycin sensing riboswitch is the smallest biologically functional RNA riboswitch, forming a hairpin capped with a U-turn loop-a well-known RNA motif containing a conserved uracil. It was shown previously that a U> C substitution of the eponymous conserved uracil does not alter the riboswitch structure due to C protonation at N3. Furthermore, cytosine is evolutionary permitted to replace uracil in other U-turns. Here, we use molecular dynamics simulations to study the molecular basis of this substitution in the neomycin sensing riboswitch and show that a structure-stabilizing monovalent cation-binding site in the wild-type RNA is the main reason for its negligible structural effect. We then use NMR spectroscopy to confirm the existence of this cation-binding site and to demonstrate its effects on RNA stability. Lastly, using quantum chemical calculations, we show that the cation-binding site is altering the electronic environment of the wild-type U-turn so that it is more similar to the cytosine mutant. The study reveals an amazingly complex and delicate interplay between various energy contributions shaping up the 3D structure and evolution of nucleic acids.
Název v anglickém jazyce
An intricate balance of hydrogen bonding, ion atmosphere and dynamics facilitates a seamless uracil to cytosine substitution in the U-turn of the neomycin-sensing riboswitch
Popis výsledku anglicky
The neomycin sensing riboswitch is the smallest biologically functional RNA riboswitch, forming a hairpin capped with a U-turn loop-a well-known RNA motif containing a conserved uracil. It was shown previously that a U> C substitution of the eponymous conserved uracil does not alter the riboswitch structure due to C protonation at N3. Furthermore, cytosine is evolutionary permitted to replace uracil in other U-turns. Here, we use molecular dynamics simulations to study the molecular basis of this substitution in the neomycin sensing riboswitch and show that a structure-stabilizing monovalent cation-binding site in the wild-type RNA is the main reason for its negligible structural effect. We then use NMR spectroscopy to confirm the existence of this cation-binding site and to demonstrate its effects on RNA stability. Lastly, using quantum chemical calculations, we show that the cation-binding site is altering the electronic environment of the wild-type U-turn so that it is more similar to the cytosine mutant. The study reveals an amazingly complex and delicate interplay between various energy contributions shaping up the 3D structure and evolution of nucleic acids.
Klasifikace
Druh
J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science
CEP obor
—
OECD FORD obor
10608 - Biochemistry and molecular biology
Návaznosti výsledku
Projekt
Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.
Návaznosti
P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)
Ostatní
Rok uplatnění
2018
Kód důvěrnosti údajů
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Údaje specifické pro druh výsledku
Název periodika
Nucleic Acids Research
ISSN
0305-1048
e-ISSN
—
Svazek periodika
46
Číslo periodika v rámci svazku
13
Stát vydavatele periodika
GB - Spojené království Velké Británie a Severního Irska
Počet stran výsledku
16
Strana od-do
6528-6543
Kód UT WoS článku
000444130700014
EID výsledku v databázi Scopus
—