Enhanced conformational sampling in Monte Carlo simulations of proteins: application to a constrained peptide.

A Monte Carlo simulation method for globular proteins, called extended-scaled-collective-variable (ESCV) Monte Carlo, is proposed. This method combines two Monte Carlo algorithms known as entropy-sampling and scaled-collective-variable algorithms. Entropy-sampling Monte Carlo is able to sample a large configurational space even in a disordered system that has a large number of potential barriers. In contrast, scaled-collective-variable Monte Carlo provides an efficient sampling for a system whose dynamics is highly cooperative. Because a globular protein is a disordered system whose dynamics is characterized by collective motions, a combination of these two algorithms could provide an optimal Monte Carlo simulation for a globular protein. As a test case, we have carried out an ESCV Monte Carlo simulation for a cell adhesive Arg-Gly-Asp-containing peptide, Lys-Arg-Cys-Arg-Gly-Asp-Cys-Met-Asp, and determined the conformational distribution at 300 K. The peptide contains a disulfide bridge between the two cysteine residues. This bond mimics the strong geometrical constraints that result from a protein's globular nature and give rise to highly cooperative dynamics. Computation results show that the ESCV Monte Carlo was not trapped at any local minimum and that the canonical distribution was correctly determined.

RNA polymerase II/III transcription specificity determined by TATA box orientation.

The TATA box sequence in eukaryotes is located about 25 bp upstream of many genes transcribed by RNA polymerase II (Pol II) and some genes transcribed by RNA polymerase III (Pol III). The TATA box is recognized in a sequence-specific manner by the TATA box-binding protein (TBP), an essential factor involved in the initiation of transcription by all three eukaryotic RNA polymerases. We have investigated the recognition of the TATA box by the Pol II and Pol III basal transcription machinery and its role in establishing the RNA polymerase specificity of the promoter. Artificial templates were constructed that contained a canonical TATA box as the sole promoter element but differed in the orientation of the 8-bp TATA box sequence. As expected, Pol II initiated transcription in unfractionated nuclear extracts downstream of the "forward" TATA box. In distinct contrast, transcription that initiated downstream of the "reverse" TATA box was carried out specifically by Pol III. Importantly, this effect was observed regardless of the source of the DNA either upstream or downstream of the TATA sequence. These findings suggest that TBP may bind in opposite orientations on Pol II and Pol III promoters and that opposite, yet homologous, surfaces of TBP may be utilized by the Pol II and Pol III basal machinery for the initiation of transcription.

Symbiotic induction of a MADS-box gene during development of alfalfa root nodules.

In response to infection by Rhizobium, highly differentiated organs called nodules form on legume roots. Within these organs, the symbiotic association between the host plant and bacteria is established. A putative plant transcription factor, NMH7, has been identified in alfalfa root nodules. nmh7 contains a MADS-box DNA-binding region and shows homology to flower homeotic genes. This gene is a member of a multigene family in alfalfa and was identified on the basis of nucleic acid homology to plant regulatory protein genes (MADS-box-containing genes) from Antirrhinum and Arabidopsis. RNA analysis and in situ hybridization showed that expression of this class of regulatory genes is limited to the infected cells of alfalfa root nodules and is likely to be involved in the signal transduction pathway initiated by the bacterial symbiont, Rhizobium meliloti. The expression of nmh7 in a root-derived organ is unusual for this class of regulatory genes.

Solução rasterizada para o problema de empacotamento de fita irregular utilizando a Montanha Voronoi.

O empacotamento irregular de fita é um grupo de problemas na área de corte e empacotamento, cuja aplicação é observada nas indústrias têxtil, moveleira e construção naval. O problema consiste em definir uma configuração de itens irregulares de modo que o comprimento do contêiner retangular que contém o leiaute seja minimizado. A solução deve ser válida, isto é, não deve haver sobreposição entre os itens, que não devem extrapolar as paredes do contêiner. Devido a aspectos práticos, são admitidas até quatro orientações para o item. O volume de material desperdiçado está diretamente relacionado à qualidade do leiaute obtido e, por este motivo, uma solução eficiente pressupõe uma vantagem econômica e resulta em um menor impacto ambiental. O objetivo deste trabalho consiste na geração automática de leiautes de modo a obter níveis de compactação e tempo de processamento compatíveis com outras soluções na literatura. A fim de atingir este objetivo, são realizadas duas propostas de solução. A primeira consiste no posicionamento sequencial dos itens de modo a maximizar a ocorrência de posições de encaixe, que estão relacionadas à restrição de movimento de um item no leiaute. Em linhas gerais, várias sequências de posicionamentos são exploradas com o objetivo de encontrar a solução mais compacta. Na segunda abordagem, que consiste na principal proposta deste trabalho, métodos rasterizados são aplicados para movimentar itens de acordo com uma grade de posicionamento, admitindo sobreposição. O método é baseado na estratégia de minimização de sobreposição, cujo objetivo é a eliminação da sobreposição em um contêiner fechado. Ambos os algoritmos foram testados utilizando o mesmo conjunto de problemas de referência da literatura. Foi verificado que a primeira estratégia não foi capaz de obter soluções satisfatórias, apesar de fornecer informações importantes sobre as propriedades das posições de encaixe. Por outro lado, a segunda abordagem obteve resultados competitivos. O desempenho do algoritmo também foi compatível com outras soluções, inclusive em casos nos quais o volume de dados era alto. Ademais, como trabalho futuro, o algoritmo pode ser estendido de modo a possibilitar a entrada de itens de geometria genérica, o que pode se tornar o grande diferencial da proposta.