We present a revised version of a coarse-grained model for RNA dynamics. In such approach, the description of nucleotides is reduced to single points that interact between them through a series of effective pair potentials that were obtained from an improved analysis of RNA structures from the Protein Data Bank. These interaction potentials are the main constituents of a Brownian dynamics simulation algorithm that allows to perform a variety of tasks by taking advantage of the reduced number of variables. Such tasks include the prediction of the three-dimensional configuration of a series of test molecules. Moreover, the model permits the inclusion of effective magnesium ions and the ends of the RNA chains can be pulled with an external force to study the process of unfolding. In spite of the simplicity of the model, we obtain a good agreement with the experimental results.

1.
P. C.
Zamencnik
and
M. L.
Stephenson
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
75
,
280
(
1978
).
2.
V. K.
Sharma
and
J. K.
Watts
,
Future Med. Chem.
7
,
2221
(
2015
).
3.
J.
Lu
,
G.
Getz
,
E. A.
Miska
,
E.
Alvarez-Saavedra
,
J.
Lamb
,
D.
Peck
,
A.
Sweet-Cordero
,
B. L.
Ebert
,
R. H.
Mak
,
A. A.
Ferrando
,
J. R.
Downing
,
T.
Jacks
,
H. R.
Horvitz
, and
T. R.
Golub
,
Nature
435
,
834
(
2005
).
4.
S.
Volinia
,
G. A.
Calin
,
C.-G.
Liu
,
S.
Ambs
,
A.
Cimmino
,
F.
Petrocca
,
R.
Visone
,
M.
Iorio
,
C.
Roldo
,
M.
Ferracin
,
R. L.
Prueitt
,
N.
Yanaihara
,
G.
Lanza
,
A.
Scarpa
,
A.
Vecchione
,
M.
Negrini
,
C. C.
Harris
, and
C. M.
Croce
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
103
,
2257
(
2006
).
5.
H.
Ling
,
M.
Fabbri
, and
G. A.
Calin
,
Nat. Rev. Drug Discovery
12
,
847
(
2013
).
6.
A. Y. L.
Sim
,
P.
Minary
, and
M.
Levitt
,
Curr. Opin. Struct. Biol.
22
,
273
(
2012
).
7.
C. J.
Almeida
,
M.-F.
Blanchet
,
M.
Boniecki
,
J. M.
Bujnicki
,
S.-J.
Chen
,
S.
Cao
,
R.
Das
,
F.
Ding
,
N. V.
Dokholyan
,
F. S.
Coulbourn
,
L.
Huang
,
C. A.
Lavender
,
V.
Lisi
,
F.
Major
,
K.
Mikolajczak
,
D. J.
Patel
,
A.
Philips
,
T.
Puton
,
J.
Santalucia
,
F.
Sijenyi
,
T.
Hermann
,
K.
Rother
,
M.
Rother
,
A.
Serganov
,
M.
Skorupski
,
T.
Soltysinski
,
P.
Sripakdeevong
,
I.
Tuszynska
,
K. M.
Weeks
,
C.
Waldsich
,
M.
Wildauer
,
N. B.
Leontis
, and
E.
Westhof
,
RNA
18
,
610
(
2012
).
8.
Z.
Miao
,
R. W.
Adamiak
,
M.-F.
Blanchet
,
M.
Boniecki
,
J. M.
Bujnicki
,
S.-J.
Chen
,
C.
Cheng
,
G.
Chojnowski
,
F.-C.
Chou
,
P.
Cordero
,
C. J.
Almeida
,
A. R.
Ferré-D’Amaré
,
R.
Das
,
F.
Ding
,
N. V.
Dokholyan
,
S.
Dunin-Horkawicz
,
W.
Kladwang
,
A.
Krokhotin
,
G.
Lach
,
M.
Magnus
,
F.
Major
,
T. H.
Mann
,
B.
Masquida
,
D.
Matelska
,
M.
Meyer
,
A.
Peselis
,
M.
Popenda
,
K. J.
Purzycka
,
A.
Serganov
,
J.
Stasiewicz
,
M.
Szachniuk
,
A.
Tandon
,
S.
Tian
,
J.
Wang
,
Y.
Xiao
,
X.
Xu
,
J.
Zhang
,
P.
Zhao
,
T.
Zok
, and
E.
Westhof
,
RNA
21
,
1066
(
2015
).
9.
R.
Das
,
J.
Karanicolas
, and
D.
Baker
,
Nat. Methods
7
,
291
(
2010
).
10.
P.
Sripakdeevong
,
W.
Kladwang
, and
R.
Das
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
108
,
20573
(
2011
).
12.
S.
Cao
and
S.-J.
Chen
,
J. Phys. Chem. B
115
,
4216
(
2011
).
13.
J.
Liphardt
,
B.
Onoa
,
S. B.
Smith
,
I.
Tinoco
, Jr.
, and
C.
Bustamante
,
Science
292
,
733
(
2001
).
14.
H.
Changbong
and
D.
Thirumalai
,
Biophys. J.
92
,
731
(
2007
).
15.
J. C.
Bowman
,
T. K.
Lenz
,
N. V.
Hud
, and
L. D.
Williams
,
Curr. Opin. Struct. Biol.
22
,
262
(
2012
).
16.
J.
Liphardt
,
S.
Dumont
,
S. B.
Smith
,
I.
Tinoco
, Jr.
, and
C.
Bustamante
,
Science
296
,
1832
(
2002
).
17.
C.
Jarzynski
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
2690
(
1997
).
18.
O.
Taxilaga-Zetina
,
P.
Pliego-Pastrana
, and
M. D.
Carbajal-Tinoco
,
Phys. Rev. E
81
,
041914
(
2010
).
19.
O.
Taxilaga-Zetina
,
P.
Pliego-Pastrana
, and
M. D.
Carbajal-Tinoco
,
J. Chem. Phys.
140
,
115106
(
2014
).
20.
J.-P.
Hansen
and
I. R.
McDonald
,
Theory of Simple Liquids
, 3rd ed. (
Academic Press
,
New York
,
2006
).
21.
P.
Pliego-Pastrana
and
M. D.
Carbajal-Tinoco
,
J. Phys. Chem. B
110
,
24728
(
2006
).
22.
N. B.
Leontis
,
J.
Stombaugh
, and
E.
Westhof
,
Nucleic Acids Res.
30
,
3497
(
2002
).
23.
C. K.
Choudhury
,
P.
Carbone
, and
S.
Roy
,
Macromol. Theory Simul.
25
,
274
(
2016
).
24.
J.-P.
Ryckaert
and
A.
Bellemans
,
Chem. Phys. Lett.
66
,
95
(
1978
).
25.
M.
Kohl
and
M.
Schmiedeberg
,
Soft Matter
10
,
4340
(
2014
).
26.
O.
Allnér
,
L.
Nilsson
, and
A.
Villa
,
J. Chem. Theory Comput.
8
,
1493
(
2012
).
27.
H.
Zheng
,
I. G.
Shabalin
,
K. B.
Handing
,
J. M.
Bujnicki
, and
W.
Minor
,
Nucleic Acids Res.
7
,
3789
(
2015
).
28.
D. L.
Ermak
and
J. A.
McCammon
,
J. Chem. Phys.
69
,
1352
(
1978
).
29.
A.
Iniesta
and
J.
García de la Torre
,
J. Chem. Phys.
92
,
2015
(
1990
).
30.
S.
Izrailev
,
S.
Stepaniants
,
Y.
Oono
, and
K.
Schulten
,
Biophys. J.
72
,
1568
(
1997
).
31.
J. H.
Cate
,
A. R.
Gooding
,
E.
Podell
,
K.
Zhou
,
B. L.
Golden
,
C. E.
Kundrot
,
T. R.
Cech
, and
J. A.
Doudna
,
Science
273
,
1678
(
1996
).
32.
M.
Pioletti
,
F.
Schlünzen
,
J.
Harms
,
R.
Zarivach
,
M.
Glühmann
,
H.
Avila
,
A.
Bashan
,
H.
Bartels
,
T.
Auerbach
,
C.
Jacobi
,
T.
Hartsch
,
A.
Yonath
, and
F.
Franceschi
,
EMBO J.
20
,
1829
(
2001
).
33.
A.
Vila-Sanjurjo
,
B.-S.
Schuwirth
,
C. W.
Hau
, and
J. H. D.
Cate
,
Nat. Struct. Mol. Biol.
11
,
1054
(
2004
).
34.
A.
Korostelev
,
S.
Trakhanov
,
H.
Asahara
,
M.
Laurberg
,
L.
Lancaster
, and
H. F.
Noller
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
104
,
16840
(
2007
).
35.
D. M.
Crothers
, in
RNA
, edited by
D.
Söll
,
S.
Nishimura
, and
P.
Moore
(
Pergamon
,
Oxford
,
2001
).
36.
S.
Dibrov
,
J.
McLean
, and
T.
Hermann
,
Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr.
67
,
97
(
2011
).
37.
A.
Zemla
,
C.
Venclovas
,
J.
Moult
, and
K.
Fidelis
,
Proteins
37
(
S3
),
22
(
1999
).
38.
Y.
Zhang
and
J.
Skolnick
,
Proteins
57
,
702
(
2004
).
39.
H.
Kang
,
J. H.
Hines
, and
I.
Tinoco
, Jr.
,
J. Mol. Biol.
259
,
135
(
1996
).
40.
N. K.
Kim
,
Q.
Zhang
,
J.
Zhou
,
C. A.
Theimer
,
R. D.
Peterson
, and
J.
Feigon
,
J. Mol. Biol.
384
,
1249
(
2008
).
41.
A.
Ren
,
Y.
Xue
,
A.
Peselis
,
A.
Serganov
,
H. M.
Al-Hashimi
, and
D. J.
Patel
,
Cell Rep.
13
(
9
),
1800
(
2015
).
42.
J. J.
Trausch
,
J. G.
Marcano-Velázquez
,
M. M.
Matyjasik
, and
R. T.
Batey
,
Chem. Biol.
22
(
7
),
827
(
2015
).
43.
S. M.
Dibrov
,
J.
McLean
,
J.
Parsons
, and
T.
Hermann
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
108
,
6405
(
2011
).
44.
R.
Utsunomiya
,
K.
Suto
,
D.
Balasundaresan
,
A.
Fukamizu
,
P. K. R.
Kumar
, and
H.
Mizuno
,
Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr.
62
,
331
(
2006
).
45.
W.
Jahnen-Dechent
and
M.
Ketteler
,
Clin. Kidney J.
5
(
S1
),
i3
(
2012
).
46.
E.
Bonneau
and
P.
Legault
,
Biochemistry
53
,
579
(
2014
).
47.
H.
Changbong
and
D.
Thirumalai
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
102
,
6789
(
2005
).
48.
H.
Changbong
and
D.
Thirumalai
,
Biophys. J.
90
,
3410
(
2006
).
49.
S.
Biyun
,
S. S.
Cho
, and
D.
Thirumalai
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
20634
(
2011
).
50.
M.
Zuker
,
Nucleic Acids Res.
31
,
3406
(
2003
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.