Dynamical Modelling of RNA-ligand complexes (A05)

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Das molekulare Verständnis von maßgeschneiderten RNAs und von RNA-Ligand-Komplexen benötigt molekulardynamische Ansätze, die einen weiten Bereich von experimentell zugänglichen Zeitskalen umfassen. Wir werden uns in diesem Antrag darauf konzentrieren, (i) die kontrollierte Aktivierung von Riboswitch-RNAs mittels photoaktiven Spiropyranen und Azobenzolen zu untersuchen, die z.Zt. synthetisiert und spektroskopisch untersucht werden, und (ii) konformationelle Übergänge, die mittels gepulster EPR-Spektroskopie und NMR-Spektroskopie untersucht werden, zu modellieren. Dabei sollen Methoden, die die elektronische Struktur von angeregten Zuständen beschreiben, zusammen mit gemischt quantenmechanischen und klassisch-mechanischen Verfahren angewandt werden, um die relevanten Photoschaltfunktionen detailliert zu beschreiben. Die Modellierung schließt einerseits Vorgänge im Femtosekundenbereich, die für die Spiropyran und Azobenzol-Chromophore charakteristisch sind, und andererseits spezifische RNAChromophorwechselwirkungen ein. Auf der Basis eines daraus ableitbaren mechanistischen Verständnisses sollen theoretische Vorhersagen gemacht werden, um die Photoswitchfunktion zu optimieren. Die durch Photo-Anregung induzierten konformationellen Übergänge sollen mit einer Kombination aus Molekulardynamik-(MD)-Rechnungen, Methoden der Berechnung der freien Energie und kinetischen Ansätzen beschrieben werden, in Rückkopplung mit experimentellen Daten. Wir werden zudem zur Komplementierung von EPR-Spinmarkierungsexperimenten systematisch die Struktur und konformationelle Flexibilität von tertiär gefalteten RNA-Motiven untersuchen, sowie Intermediate der Faltung bzw. Rückfaltung von RNA, die mittels NMR-Spektroskopie beobachtet werden können, beschreiben.