Суперкомпьютер создал молекулярный план для восстановления поврежденной ДНК

Исследователи, используя суперкомпьютер Summit в Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики, смоделировали ключевой компонент восстановления повреждений нуклеиновых кислот (NER), называемый предотрезательным комплексом (PInC), который играет важную роль в ремонте ДНК. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, предоставляет новые знания о том, как механизм PInC координирует точное вырезание ДНК, что может привести к progrèsам в лечении генетических заболеваний, предотвращении преждевременного старения и понимании таких состояний, как ксеродерма пигментозум и синдром Кокэйна.

"С вычислительной точки зрения, после сборки PInC молекулярно-динамические симуляции комплекса становятся относительно простыми, особенно на суперкомпьютерах, таких как Summit", - сказал руководитель исследования Ивайло Иванов (Ivaylo Ivanov), профессор химии в Государственном университете Джорджии.

Nanoscale Molecular Dynamics, или NAMD, это код молекулярной динамики, специально разработанный для суперкомпьютеров и используемый для моделирования движений и взаимодействий больших биомолекулярных систем, которые содержат миллионы атомов. Используя NAMD, исследовательская группа провела обширные симуляции.

Вычислительная мощность суперкомпьютера Summit объемом 200 петафлопсов - способного выполнять 200 тысяч триллионов вычислений в секунду - была существенна для раскрытия функциональной динамики комплекса PInC на временном интервале микросекунд.

"Симуляции показали нам много о сложной природе механизма PInC. Они показали нам, как эти разные компоненты движутся вместе как модули и подразделение этого комплекса на динамические сообщества, которые образуют подвижные части этой машины", - сказал Иванов.

Находки значимы тем, что мутации в XPF и XPG могут привести к тяжелым генетическим заболеваниям человека. К ним относятся ксеродерма пигментозум, состояние, которое делает людей более восприимчивыми к раку кожи, и синдром Кокэйна, который может влиять на рост и развитие человека, приводить к нарушениям слуха и зрения и ускорять процесс старения. "Симуляции позволяют нам сосредоточиться на этих важных областях, потому что мутации, которые нарушают функцию комплекса NER, часто возникают на границах сообществ, которые являются самыми динамичными областями машины", - сказал Иванов. "Теперь у нас есть гораздо лучшее понимание того, как и откуда проявляются эти расстройства".