Using nuclear magnetic resonance experiments, dynamic motion of base pair opening reaction occurring in DNA duplexes can be studied by observing hydrogen exchange of imino protons in guanine and thymine residues. Base catalyzed dynamics experiments provides opening/closing rate of the base pair and thus, equilibrium constant for base pair opening.
In $\It{E. coli}$, very-short patch (VSP) repair system is major pathway for removal of the $T\cdotG$ mismatches in dcm target sequences. In the VSP repair pathway, the very-short patch repair (vsr) endonuclease selectively recognizes a $T\cdotG$ mismatch in dcm target sequences and hydrolyzes the 5' phosphate group of mismatched thymine. The hydrogen exchange NMR studies here revealed that the $T5\cdotG18$ mismatch in the dcm target sequence significantly stabilizes own base pair but destabilizes the two neighboring $G4\cdotC19$ and $A6\cdotT17$ base pairs compare to other $T\cdotG$ mismatches. These unusual patterns of base pair stability in the dcm target sequence can explain how the vsr endonuclease specifically recognizes the mismatched dcm target sequence and intercalates into the DNA.
NMR 분광분석법을 이용하면 DNA의 구아닌과 티민에 존재하는 이미노 수소 교환 현상을 분석하고 조사할 수 있다. 그 결과를 통하여 염기쌍의 상대적인 안정성과 열림/닫힘 속도 상수를 정량적으로 계산할 수 있고, 최종적으로 염기쌍의 열림 평형 상수를 구하여 수용액 상에서 특정한 DNA의 동역학적 성질을 분석할 수 있다. 이 실험 방법을 mismatch를 가진 DNA의 염기쌍에 적용하여 그 생물학적 현상을 분석하였다. 대장균 내 존재하는 DNA dcm 염기서열에서 쉽게 발생할 수 있는 $T\cdotG$ mismatch는 Very short patch repair (VSP)라고 알려진 회복 시스템에 의해서 고쳐지고 회복되게 된다. 이 회복 시스템에서는 Vsr이라는 단백질이 mismatch를 인식하고 dcm 염기서열에 결합하여 회복 과정을 진행하게 된다. NMR을 이용하여 염기쌍의 수소 교환 속도와 염기쌍의 안정성을 정량적으로 분석한 결과 이 염기 서열의 $T\cdotG$ mismatch 부분에서 구아닌 염기의 안정성이 일반적인 $T\cdotG$ mismatch에 비해서 큰 폭으로 증가하는 현상을 발견하였고, 상대적으로 손상된 염기쌍의 양 옆에 존재하는 $A\cdotT$와 $G\cdotC$ 염기 쌍이 불안정해지는 것을 정량적으로 분석할 수 있었다. 이러한 현상을 통하여 Vsr 단백질이 이 염기 서열에 결합할 때 발생하는 단백질의 aromatic residue 아미노산의 끼어듦과 DNA 염기쌍의 벌어짐이 더 쉽게 발생할 수 있을 것으로 생각된다. 결론적으로 NMR을 이용한 위 실험 결과를 통하여 구조적인 특성 뿐만 아니라 구조적인 특성에 의해 나타나는 동역학적 특성 역시 Vsr 단백질과 VSP DNA 회복 기작의 메커니즘을 해석하는데 도움을 줄 수 있다는 결론을 내릴 수 있었다.
