Multiscale Approach to Biomolecular Interactions: From Molecular Dynamics to Brownian Dynamics Simulation of Chromatin Components

• Applicants: Professor Dr. Jörg Langowski (†); Professor Dr. Jeremy Christopher Smith; Professorin Dr. Rebecca Wade
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 12980094

Eine der großen, bisher ungelösten Herausforderungen bei der Simulation supramolekularer Systeme in der Biologie stellt der Übergang von atomaren Längen- und Zeitskalen (~0.1-1 nm und 10-9-10-7s), wie sie z.B. in der Molekulardynamik (MD) dargestellt werden können, zu Modellen dar, die biologische Prozesse auf wesentlich größeren Skalen beschreiben (z.B. nm-¿m und ms-s). Unser Projekt hat zum Ziel, die Informationen auf unterschiedlichen Größen- und Zeitskalen möglichst nahtlos zu verknüpfen. Ein solches Vorgehen ist von besonderer Bedeutung für die Beschreibung der Struktur und Dynamik von Chromatin., wo bekannt ist, dass Phänomene auf atomarer Größenskala (z.B. Histon- und DNA-Modifikationen) die globale Organisation des Genoms steuern können. Um große Raum- und Zeitskalen zu erfassen, werden wir über MD-Modelle vereinfachte parametrisierte Beschreibungen der Dynamik und Wechselwirkungen in Chromatinentwickeln, die in Modellen ¿höherer Ordnung¿, insbesondere Brownscher Dynamik (BD), vorteilhaft eingesetzt werden können. Um MD-Modelle auf längere Zeitskalen auszudehnen, werden wir empirische Kontinuumbeschreibungen für das Lösungsmittel entwickeln. Über eine Hauptkomponentenanalyse der MD-Simulationen sollen schließlich die wesentlichen Freiheitsgrade struktureller Variationen im Nukleosom ermittelt werden. Mit diesen Informationen wird es möglich sein, die bisher für Chromatin eingesetzten Segmentkettenmodelle wesentlich besser zu parametrisieren und neue Wechselwirkungspotentiale für den Einsatz in BD-Simulationen zu entwickeln, so dass die Modellierung von Chromatin auf wesentlich längeren Raum- und Zeitskalen möglich wird.

• DFG Programme: Research Grants