Biomod/2012/TeamSendai/Simulation

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{{:Biomod/2012/Tohoku/Team_Sendai/header}}
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<div id="Container">
      
      
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<!-- Menu -->
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<h1>Project</h1>
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<ul id="menu">
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<li><a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/Tohoku/Team_Sendai ">Top</a></li>
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-
<li><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Idea ">Project</a></li>
+
-
<li><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Simulation">Simulation</a>
+
-
</li>
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<li><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Design">Design</a>
+
-
</li>
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<li>
+
-
<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Experiment ">Experiment</a>
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<li><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Method">Method</a>
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<ul>
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<li>
+
-
<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Porter">Porter</a>
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<li>
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Cylinder">Cylinder</a> </li>
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<li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result# Vesicle">Vesicle</a>
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</li>
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</ul>
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</li>
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<li>
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result">Result</a>
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<li>
+
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Porter">Porter</a>
+
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<li>
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Cylinder">Cylinder</a> </li>
+
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<li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result# Vesicle">Vesicle</a>
+
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</li>
+
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</ul>
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</li>
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</ul>
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</li>
+
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<li>
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Achievement">Achievement</a>
+
-
</li>
+
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<li>
+
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<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Diary">Diary</a>
+
-
</li>
+
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<li>
+
-
<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Team ">Team</a>
+
-
</li>
+
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<li>
+
-
<a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/FAQ">FAQ</a>
+
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</li>
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</ul>
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<!--目次 -->
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<div id="mokuji">
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<h2>Contents</h2>
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<ol>
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<li><a href="#Numerical Calculation for Electric Potential">Electric Potential Numerical Calculation</a></li>
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<ol>
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<li><a href="#Model">Model</a></li>
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<li><a href="#">Results</a></li>
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<li><a href="#MD Simulation">MD Simulation</a></li>
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<ol>
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<li><a href="#DNA Model">DNA Model</a></li>
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<ol>
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<li><a href="#Results">Results</a></li>
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</ol>
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<li><a href="#Comparison of capture ability">Comparison of capture ability</a></li>
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<ol>
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<li><a href="#Results">Results</a></li>
+
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</ol>
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<li><a href="#Reference">Reference</a></li>
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</div>
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<p>
<p>
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Our project is to create a new designable channel with a high selectivity and activity. We named the channel; Cell Gate. (Cell Gateが出てくるのが唐突だと思う) We make the Cell Gate of DNA.
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</p>
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<h1>Why do we use DNA?</h1>
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<a name="Numerical Calculation"></a><h2>Numerical Calculation</h2>
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・自然界にあるチャネルは（タンパク質でできていて？）人間の手で作り変えたりして自在に扱うということは難しい。だから、デザインが可能でsiRNAなどの生体分子と相互作用を持つDNAを使って、チャネルを作ることができれば、チャネル設計（？）の幅が広がるというようなことをまとめていただけると…。（タンパク質とDNAの対比表とか対比図があるとわかりやすい）
-
A phosphodiester bond make up the backbone of each helical strand of DNA. <br>
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The phosphate groups in the phosphodiester bond are negatively-charged.<br>
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Because gate is produced by DNA, we can not ignore the influence of the Coulomb force.<br>
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So we calculate the electric potential near the gate.
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<a name="Model"></a><h2>Model</h2>
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<h1>How do we penetrate the Gate to membrane?</h1>
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<img src=" http://openwetware.org/images/e/e6/Format_gate_no_tukikata_project.jpg " alt="coreste&tutu " align="left" width="450px" height="290px" >
<p>
<p>
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<br>
+
Lipidと親和性のあるコレステロールを使えばいいということを面白おかしく論理的に説明.
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Sets the coordinates　as follows.<br>
+
どのように貫通するかなど。</br>
-
 
+
（画像はプレゼン用のを拝借したので修正必要。特にHexagonalとかsmall tube とか。絵自体もまだまだ分かりやすくできそうな気が。数式みたいな絵じゃなく、もっと動きのあるものに（アニメーションにしろというわけではない））
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<img src="http://openwetware.org/images/9/90/Cy.png" width="350px" height="300px">
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<br clear="left">
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<img src="http://openwetware.org/images/6/66/Lin.jpg" width="420px" height="300px"><br>
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<br><br><br>
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Point-charge model is used.<br>
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Assumesd　the phosphate groups negative charge,and<br>
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negative charge circles the axis of the double helix once every 10.4 base pairs like DNA.<br>
+
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And we use follow fomula to calculate electric potential.<br><br>
+
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Debye–Hückel equation<br>
+
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<img src="http://openwetware.org/images/e/ec/Potential_fomula.png" width="300px" height="90px"><br>
+
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<br>
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Debye length<br>
+
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<img src="http://openwetware.org/images/f/f9/Debyelen.png" width="400px" height="250px"><br><br>
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-
 
+
-
Add all potential by negative charge DNA which compose gate have.<br>
+
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(used C language to output the numbers)<br><br>
+
-
<img src="http://openwetware.org/images/4/45/Helix.gif" width="500px" height="290px"><br>
+
-
 
+
-
 
+
-
 
+
-
Condition<br>
+
-
Temperature 298[K]<br>
+
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Na+ 50mM<br>
+
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<img src="http://openwetware.org/images/f/fc/Add2.png" width="500px" height="180px"><br>
+
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+
-
 
+
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+
</p>
</p>
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<a name="Results"></a><h2>Results</h2>
+
<h1>穴開けただけでチャネル（細胞膜間輸送？）って呼べるの？</h1>
<p>
<p>
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<br>
+
クーロン力があるから物質だだ漏れにはならない。Gateの内部にDNAの一本鎖並べて、DNAの特異性を利用することで、狙いの分子だけを、一本鎖DNAとの結合エネルギーポテンシャルの坂道に乗せることができる。その一本鎖DNAの列をPoaterと呼ぶことにする。PorterがCellGateのエンジン。みたいなことをうまくまとめる。ここでPorterの説明を終えるつもりで。画像に関してはとりあえず津沢のポテンシャルエネルギーのグラフは必須。
-
Electric potential changing z-axis at x-axis and y-axis is 0.<br>
+
-
 
+
-
<img src="http://openwetware.org/images/0/09/1014x0y0potential.png" width="620px" height="450px"><br>
+
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the length of the gate is 88bp, 30nm.
+
-
 
+
-
Target base pair 25 を点電荷と仮定する
+
</p>
</p>
-
 
+
<h1>クーロン力があるならGateに近づけないんじゃない？</h1>
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<a name="MD Simulation"></a><h2>MD Simulation</h2>
+
<p>
<p>
-
We carried out molecular dynamics simulation to examine the the mechanism and
+
Porterの一番目を伸ばせばいいみたいなことをキャッチ―な図とともに。筒井さんのシミュレーション映像を貼る。
-
the effectiveness of our structure “Cell Gate”.
+
-
 
+
</p>
</p>
-
<a name="DNA Model"></a><h2>DNA Model</h2>
+
<h1>私たちが実験で目指したもの</h1>
 +
<img src=" http://openwetware.org/images/c/c8/Format_cell_gate.jpg " alt="hybrid graph" align="left" width="465px" height="315px" >
<p>
<p>
-
For simplicity, course-grained DNA model is used in our simulation. <br>
+
ここで初めてMembrane登場？　細胞のモデルとして使っただけ？本物の細胞どうして使わなかったのかという疑問が生まれそう。何かいい理由はないものか。画像はプレゼン用のやつそのままなので改善の余地あり
-
One DNA nucleotide is represented by one bead in the model and each bead can be<br>
+
-
hybridized with complementary bead.<br>
+
-
　　＜＜モデル載せる＞＞<br><br>
+
-
The potential energy of the system includes 5 distinct contributions.<br>
+
-
　　＜＜ポテンシャル載せる＞＞<br><br><br>
+
-
The first three terms are intramolecular interactions , bonds , bond angles, and<br>
+
-
dihedral angles. In order to express “tether like structure”, only bond interactions<br>
+
-
are active in our DNA model.<br>
+
-
And the latter two are non-bonded interactions. Coulomb interactions are taken into<br>
+
-
account using the Debye-Huckel approximation which enables to internalize<br>
+
-
counterions contribution.<br>
+
-
Constants of these potentials are achieved from references.<br>
+
-
The force on bead i is given by a Langevin equation<br><br><br>
+
-
 
+
-
Langevin equation<br><br>
+
-
+
-
<img src="http://openwetware.org/images/1/11/Langevin.png" width="220px" height="80px"><br><br>
+
-
<img src="http://openwetware.org/images/2/23/F%3D.png" width="150px" height="80px"><br>
+
-
 
+
-
The first term donates a conservative force derived from the potential U and the<br>
+
-
second is a viscosity dependent friction.<br>
+
-
The third term is a white Gaussian noise and effects of solvent molecules are<br>
+
-
internalized in this term.<br>
+
-
Langevin equation is integrated using a Velocity-Verlet method.<br><br><br>
+
-
Toehold displacement of dsDNA<br>
+
-
In order to test predictive capability of the model, here we carried out a simulation<br>
+
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of Toehold displacement between two strands.<br>
+
-
Length of strands and simulation situation was as follows.<br><br>
+
-
Target strand/Toehold A/Toehold B : 25nt / 9nt (+10nt spacer) / 13nt (+10nt
+
-
spacer)<br>
+
-
Temperature : 300K<br>
+
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Time-step size / simulation length : 0.01ps / 100ns<br>
+
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Ion concentration : 50mM Na+<br><br>
+
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results<br>
+
-
＜＜後ほど＞＞
+
-
 
+
</p>
</p>
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<a name="Comparison of capture ability"></a><h2>Comparison of capture ability</h2>
+
<br clear="left">
-
<p>
+
-
One of constructional features of our structure ”Cell-Gate” is the use of new strand
+
-
displacement method.<br>
+
-
By comparing our selector strand and a toehold strand, the most popular method for<br>
+
-
strand displacement, we show the effectiveness our structure in terms of capture
+
-
ability.<br><br><br>
+
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Model and Method<br>
+
-
According to the design of experiment section, we designed models as below of the<br>
+
-
selector strand and the toehold strand.<br>
+
-
＜＜モデル載せる＞＞<br><br><br>
+
-
Hex-cylinder is represented as the assembly of electrically-charged mass points<br>
+
-
fixed on the field.<br>
+
-
＜＜モデル載せる＞＞<br><br><br>
+
-
Simulation was carried out at the following condition.<br>
+
-
Temperature : 300K<br>
+
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Ion concentration : Na+ 50mM<br>
+
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Box size : 20nm×20nm×20nm (periodic boundary condition)<br>
+
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Time-step size / simulation length : 0.01ps / 10ns<br>
+
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Results<br>
+
-
＜＜後ほど＞＞<br>
+
-
 
+
</p>
</p>
-
<a name="Reference"></a><h2>Reference</h2>
+
<h1>Application in future</h1>
<p>
<p>
-
1. Thomas A. Knotts et al. A coarse grain model of DNA , J.Chem.Phys
+
あんなことやこんなことに使えるというのを図入りで。
-
126,084901(2007)<br>
+
-
2. Carsten Svaneborg et al. DNA Self-Assembly and Computation Studied with a
+
-
Coarse-Grained Dynamic Bonded Model, DNA 18,LNCS 7433, pp.123-134,
+
-
2012<br>
+
-
3. Xhuysn Guo & D.Thirumalai, Kinetics of Protein Folding: Nucleation
+
-
Mechanism, Time Scales, and Pathways, Biopolymars, Vol.36, 83-102 (1995)<br>
+
-
4. GROMACS manual ()<br>
+
-
5. Cafemol manual ( http://www.cafemol.org/ )<br>
+
-
 
+
</p>
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</body>
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Revision as of 10:20, 24 October 2012

Team Sendai Top

Team Sendai Top

Project

Our project is to create a new designable channel with a high selectivity and activity. We named the channel; Cell Gate. (Cell Gateが出てくるのが唐突だと思う) We make the Cell Gate of DNA.

Why do we use DNA?

・自然界にあるチャネルは（タンパク質でできていて？）人間の手で作り変えたりして自在に扱うということは難しい。だから、デザインが可能でsiRNAなどの生体分子と相互作用を持つDNAを使って、チャネルを作ることができれば、チャネル設計（？）の幅が広がるというようなことをまとめていただけると…。（タンパク質とDNAの対比表とか対比図があるとわかりやすい）

How do we penetrate the Gate to membrane?

coreste&tutu

Lipidと親和性のあるコレステロールを使えばいいということを面白おかしく論理的に説明. どのように貫通するかなど。
（画像はプレゼン用のを拝借したので修正必要。特にHexagonalとかsmall tube とか。絵自体もまだまだ分かりやすくできそうな気が。数式みたいな絵じゃなく、もっと動きのあるものに（アニメーションにしろというわけではない））

穴開けただけでチャネル（細胞膜間輸送？）って呼べるの？

クーロン力があるから物質だだ漏れにはならない。Gateの内部にDNAの一本鎖並べて、DNAの特異性を利用することで、狙いの分子だけを、一本鎖DNAとの結合エネルギーポテンシャルの坂道に乗せることができる。その一本鎖DNAの列をPoaterと呼ぶことにする。PorterがCellGateのエンジン。みたいなことをうまくまとめる。ここでPorterの説明を終えるつもりで。画像に関してはとりあえず津沢のポテンシャルエネルギーのグラフは必須。

クーロン力があるならGateに近づけないんじゃない？

Porterの一番目を伸ばせばいいみたいなことをキャッチ―な図とともに。筒井さんのシミュレーション映像を貼る。

私たちが実験で目指したもの

hybrid graph

ここで初めてMembrane登場？　細胞のモデルとして使っただけ？本物の細胞どうして使わなかったのかという疑問が生まれそう。何かいい理由はないものか。画像はプレゼン用のやつそのままなので改善の余地あり


Application in future

あんなことやこんなことに使えるというのを図入りで。

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