dsXNAbuilder builds double-stranded DNA, RNA and DNA:RNA hybrid duplexes in any of
the regular helical forms of the 3DNA fiber
library (A, B, C, D, Z, B′, S, B*, A-RNA, A′-RNA and hybrid forms), lets you put
modXNA sugar, backbone and base modifications on
either strand, and returns the structure as a PDB file ready for modeling and simulation;
Amber users can also get the topology package with the modXNA parameters.
Everything runs in your browser (Python compiled to WebAssembly). Nothing you enter is sent
anywhere; there is no login, no cookie and no tracking. Only your theme and language choice
are remembered in your browser’s local storage.
Tutorial: the Dickerson dodecamer in one click
- Click the example Dickerson dodecamer (B-DNA). Strand 1 is
CGCGAATTCGCG (5′→3′) and strand 2, typed under it 3′→5′, is
GCGCTTAAGCGC.
- The Base pairs panel shows the twelve Watson–Crick pairs. Change one letter of
strand 2: the column turns into a mismatch and a warning appears.
- Press Build duplex. The structure appears in the viewer, with its summary:
24 nucleotides, 486 heavy atoms, every O3′–P bond at 1.60 Å, no clashes.
- Download PDB: chain A is strand 1 and chain B strand 2, both 5′→3′, with
standard residue and atom names, ready for any modeling or simulation program.
Amber users can open Advanced to download a tleap package with the force field and
the modXNA parameters of the modified nucleotides.
- Copy reproducible link gives a URL that rebuilds exactly the same duplex.
- Now try LNA gapmer : RNA: a 3-10-3 LNA/DNA gapmer with phosphorothioates
(strand 2) annealed to its 16-nt RNA target (strand 1) on the DNA:RNA hybrid model #22. Modified nucleotides are
highlighted in the base-pair grid, the summary counts the modXNA residues, and the package
includes their libraries.
Writing the sequences
Type strand 1 from 5′ to 3′ and strand 2 from 3′ to 5′, so that the two lines are aligned
column by column: column i is base pair i. This lets you modify either strand
independently and build mismatches. A - at the ends of a line means “no nucleotide”
(the other strand overhangs there); a - between nucleotides is an abasic
site: the strand keeps its sugar-phosphate backbone but has no base (a 2′-deoxy abasic site
is the tetrahydrofuran-type analogue, PDB component 3DR). End labels
5′-/-3′ are optional.
| write | meaning |
|---|
ACGTU | bases; plain letters take the chemistry of the model strand (DNA on B-DNA, RNA on A-RNA) |
d(ACG), r(ACG) | DNA or RNA group |
m, f, e/moe | sugar prefixes: 2′-O-methyl (OME), 2′-fluoro (AF2), 2′-O-methoxyethyl (MOE) |
+ or l | LNA, locked nucleic acid: ribose with a 2′-O,4′-C-methylene bridge (e.g. +A, +T) |
- | at the ends of a line: no nucleotide (overhang); between nucleotides: abasic site |
*, *1, *2 | phosphorothioate linkage. modXNA PS1 retains OP2, PS2 retains OP1; their absolute Rp/Sp labels are not yet confirmed, so * alone uses PS1 and warns |
^5mC | base modification (alias or modXNA base code) |
{PS2/MOE/M5C} | explicit modXNA backbone/sugar/base triplet (from the residue library); add :C for bases whose pairing letter is not tabulated |
In modXNA the backbone fragment of a nucleotide is its 5′ phosphate, so a linkage symbol
belongs to the nucleotide on its 3′ side. In strand 1 that is the residue to the right of the
symbol; in strand 2 (typed 3′→5′) it is the residue to the left. The 5′-terminal nucleotide of
each strand has a 5′-OH.
Modified nucleotides (modXNA)
Modified nucleotides come from a library of 244 residues prebuilt with
modxna.sh (modXNA 1.9.3, current cpptraj and
AmberTools 26), so no parametrization runs in your browser:
| part | available |
|---|
| sugar | 2′-deoxyribose (d), ribose (r), 2′-O-methyl (m, OME),
2′-fluoro-2′-deoxyribose (f, AF2), 2′-O-methoxyethyl (e, MOE), LNA (+) |
| base | A, C, G, T, U and 5-methylcytosine (C^5mC) on every sugar (e.g. LNA-T, MOE-5mC, dU, rT) |
| backbone | phosphodiester, phosphorothioate PS1 (*, *1) and PS2 (*2) |
| ends | 5′-OH and 3′-OH terminal versions of all of them |
How they are placed. Each modified nucleotide is first built as the unmodified one in
the fiber model. The modXNA residue is then transplanted onto it: the atoms it shares
with the scaffold keep their fiber coordinates, so the helix and the O3′–P bonds stay exact,
and only its own atoms (2′-F, the 2′-O-methyl or MOE chain, the LNA bridge, the 5-methyl, the
sulfur) are placed from the modXNA geometry by local superposition. The sugar therefore keeps
the pucker of the model. 2′-substituted sugars on a model with C2′-endo sugars (B, C, D-DNA)
get a forced pucker warning; LNA cannot take that pucker and is refused there (use an
A-form or hybrid model).
Phosphorothioates. modXNA PS1 keeps OP2 and PS2 keeps OP1; dsXNAbuilder puts the
sulfur on the position of the oxygen that is not kept (OP1 or OP2 in the Amber convention), so
the two give the two P diastereomers. Their absolute Rp/Sp labels have not been confirmed yet,
so *R/*S are accepted with a warning and * alone uses PS1.
Ends and charges. Amber and modXNA split the charge of terminal nucleotides
differently, so a strand whose 5′ or 3′ nucleotide is modified takes both terminal nucleotides
from modXNA; every strand keeps an integer charge. Each distinct residue gets a name X01, X02, …
and its library file goes into libs/ with frcmod.modxna; the
manifest maps names to modXNA triplets.
Other modXNA backbones, sugars and bases can be written as explicit triplets but must exist in
the residue library; the command-line tools build more with
tools/build_residue_library.py --only BB-SUGAR-BASE-int.
Helix models
The Helix models tab lists the 40 double-stranded 3DNA fiber models offered. Each is a
repeating unit of one or more base pairs plus the screw operation that maps it onto the next
unit. dsXNAbuilder places every nucleotide directly with that screw, so a built duplex
reproduces the fiber model exactly and the sugar-phosphate backbone stays continuous
(O3′–P ≈ 1.60 Å) without any relaxation.
- Generic models (A-DNA #1, #54; B-DNA #4, #46, #55; C-DNA #7, #47) come with all four
bases and accept any sequence.
- The other models were derived for a specific repeating sequence (e.g. Z-DNA #15 for
poly d(GC)). Other bases are placed on the model’s own backbone by swapping the base in the
standard reference frame (Olson et al. 2001), as 3DNA does. For multi-base-pair repeats the
builder picks the repeat phase that best fits your purine/pyrimidine pattern and warns when
the sequence breaks it (e.g. a pyrimidine in a syn position of Z-DNA).
- Hybrid models (#22–#25) have one DNA and one RNA strand; if your strand 1 is RNA and the
model’s first strand is DNA, the duplex is built the other way round and turned so that
strand 1 still runs 5′→3′ upwards.
- RNA on a DNA model (or the reverse) is allowed: O2′ is added or removed on the model’s
sugar, which keeps the model’s pucker; a warning tells you when that pucker is unusual.
Fifteen of the 55 3DNA models are not offered: triplexes, the quadruplex and the single
strand (#30–#36, #42), homo base pairs that cannot be written with A/C/G/T/U (#26–#29), and
models that fail the geometric checks (#17, #48) or are deprecated in 3DNA (#53). The models tab
gives the reason for each.
Output
The output is one PDB file with the heavy atoms of the duplex: chain A is strand 1 and
chain B strand 2, both 5′→3′, with Amber-style residue and atom names (DA, DC, DG, DT; A, C,
G, U; OP1/OP2). Modified nucleotides get the residue names X01, X02, … and keep the modXNA
atom names; REMARK 999 records in the header list what each of them is, the two
strands as typed, the fiber model and the data versions, so the file documents itself.
Hydrogens are not included: add them with your modeling or MD program.
Advanced: Amber/modXNA topology package
For Amber users, the Advanced panel produces a zip that turns the PDB into an Amber
topology with tleap, including the modXNA parameters of the modified nucleotides.
dsXNAbuilder is a structure builder: minimization, equilibration and production are up to
you.
structure.pdb | the same PDB as the default output |
leap.in | tleap input: force fields, modXNA libraries, optional water box and neutralizing ions |
libs/, frcmod.modxna | modXNA residues and parameters, when modifications are used |
run.sh | runs tleap → system.parm7 / system.rst7 |
manifest.json | inputs, model and data provenance, residue names, warnings and file hashes |
The command-line tool gives the same results (dsxnabuilder build --top … --bottom …
--model 4 -o duplex.pdb, with --amber package.zip for the package).
Warnings
Warnings never block a build; errors do. Mismatches, wobble pairs, overhangs, base swaps on
sequence-specific models, forced sugar puckers and short contacts are reported so that you can
decide how to prepare the structure (e.g. a restrained minimization) before simulating it.
Cite
If you use dsXNAbuilder, please cite the 3DNA fiber models (Lu & Olson,
Nucleic Acids Res 2003, 31:5108–5121; Nat Protoc 2008, 3:1213–1227) and, when
modified nucleotides are used, modXNA (Love et al., J Chem Theory Comput 2024,
20:9354–9363).
License
dsXNAbuilder is free software (GPL-3.0). Fiber templates are derived from 3DNA data
(CC BY-NC 4.0); modXNA residues are GPL-3.0. The structures you build are yours.
dsXNAbuilder construye dúplex de ADN, ARN e híbridos ADN:ARN en cualquiera de las
formas helicoidales regulares de la biblioteca de fibras de
3DNA (A, B, C, D, Z, B′, S, B*, ARN-A, ARN-A′ e
híbridos). Permite poner modificaciones de azúcar, esqueleto y base de
modXNA en cualquiera de las dos hebras y devuelve un
PDB listo para modelado y simulación; los usuarios de Amber pueden obtener además el paquete
de topología con los parámetros de modXNA.
Todo se ejecuta en su navegador (Python compilado a WebAssembly). Nada de lo que escribe se
envía a ningún sitio: no hay registro, ni cookies, ni seguimiento. Solo se recuerdan en el
almacenamiento local del navegador el tema y el idioma elegidos.
Tutorial: el dodecámero de Dickerson en un clic
- Pulse el ejemplo Dodecámero de Dickerson (B-DNA). La hebra 1 es
CGCGAATTCGCG (5′→3′) y la hebra 2, escrita debajo 3′→5′, es
GCGCTTAAGCGC.
- El panel Pares de bases muestra los doce pares Watson–Crick. Cambie una letra de la
hebra 2: la columna pasa a ser un desapareamiento y aparece un aviso.
- Pulse Construir dúplex. La estructura aparece en el visor con su resumen:
24 nucleótidos, 486 átomos pesados, todos los enlaces O3′–P a 1,60 Å y ningún choque.
- Descargar PDB: la cadena A es la hebra 1 y la B la hebra 2, ambas 5′→3′, con
nombres de residuo y de átomo estándar, lista para cualquier programa de modelado o de
simulación. Los usuarios de Amber pueden abrir Avanzado y descargar un paquete de
tleap con el campo de fuerza y los parámetros de modXNA de los nucleótidos modificados.
- Copiar enlace reproducible da una URL que reconstruye exactamente el mismo dúplex.
- Pruebe ahora Gapmer LNA : ARN: un gapmer LNA/ADN 3-10-3 con fosforotioatos (hebra 2)
unido a su ARN diana de 16 nt (hebra 1) sobre el modelo híbrido ADN:ARN #22. Los nucleótidos modificados se
resaltan en la rejilla de pares, el resumen cuenta los residuos modXNA y el paquete incluye sus
librerías.
Cómo escribir las secuencias
Escriba la hebra 1 de 5′ a 3′ y la hebra 2 de 3′ a 5′, de modo que las dos líneas queden
alineadas columna a columna: la columna i es el par i. Así puede modificar cada
hebra por separado y construir desapareamientos. Un - en los extremos de una línea
significa «sin nucleótido» (la otra hebra sobresale allí); un - entre nucleótidos es
un sitio abásico: la hebra conserva su esqueleto azúcar-fosfato pero no tiene base (un
sitio abásico 2′-desoxi es el análogo de tipo tetrahidrofurano, componente 3DR del PDB). Las
etiquetas 5′-/-3′ son opcionales.
| escriba | significado |
|---|
ACGTU | bases; las letras sin prefijo toman la química de la hebra del modelo (ADN en B-DNA, ARN en A-RNA) |
d(ACG), r(ACG) | grupo de ADN o de ARN |
m, f, e/moe | prefijos de azúcar: 2′-O-metilo (OME), 2′-fluoro (AF2), 2′-O-metoxietilo (MOE) |
+ o l | LNA, ácido nucleico bloqueado: ribosa con un puente 2′-O,4′-C-metileno (p. ej. +A, +T) |
- | en los extremos de una línea: sin nucleótido (extremo protuberante); entre nucleótidos: sitio abásico |
*, *1, *2 | enlace fosforotioato. PS1 de modXNA retiene OP2 y PS2 retiene OP1; su asignación absoluta Rp/Sp aún no está confirmada, así que * solo usa PS1 y avisa |
^5mC | modificación de base (alias o código de base modXNA) |
{PS2/MOE/M5C} | triplete explícito esqueleto/azúcar/base de modXNA (de la librería de residuos); añada :C si la letra de emparejamiento de la base no está tabulada |
En modXNA el fragmento de esqueleto de un nucleótido es su fosfato 5′, así que el símbolo de
enlace pertenece al nucleótido de su lado 3′: en la hebra 1, el de la derecha del símbolo; en
la hebra 2 (escrita 3′→5′), el de la izquierda. El nucleótido 5′-terminal de cada hebra tiene
un 5′-OH.
Nucleótidos modificados (modXNA)
Los nucleótidos modificados proceden de una librería de 244 residuos preconstruidos con
modxna.sh (modXNA 1.9.3, cpptraj actual y
AmberTools 26), así que en su navegador no se parametriza nada:
| parte | disponible |
|---|
| azúcar | 2′-desoxirribosa (d), ribosa (r), 2′-O-metilo (m, OME),
2′-fluoro-2′-desoxirribosa (f, AF2), 2′-O-metoxietilo (e, MOE), LNA (+) |
| base | A, C, G, T, U y 5-metilcitosina (C^5mC) sobre cada azúcar (p. ej. LNA-T, MOE-5mC, dU, rT) |
| esqueleto | fosfodiéster, fosforotioato PS1 (*, *1) y PS2 (*2) |
| extremos | versiones terminales 5′-OH y 3′-OH de todos ellos |
Cómo se colocan. Cada nucleótido modificado se construye primero como el nucleótido sin
modificar en el modelo de fibra. Después se le trasplanta el residuo de modXNA: los átomos
que comparte con el andamio conservan las coordenadas de la fibra, así que la hélice y los
enlaces O3′–P quedan exactos, y solo sus átomos propios (2′-F, la cadena 2′-O-metilo o MOE, el
puente del LNA, el 5-metilo, el azufre) se colocan a partir de la geometría de modXNA por
superposición local. El azúcar conserva por tanto el pucker del modelo. Los azúcares
2′-sustituidos en un modelo con azúcares C2′-endo (ADN-B, C, D) reciben un aviso de
pucker forzado; el LNA no puede adoptar ese pucker y se rechaza allí (use un modelo de
forma A o híbrido).
Fosforotioatos. PS1 de modXNA retiene OP2 y PS2 retiene OP1; dsXNAbuilder coloca el
azufre en la posición del oxígeno que no se retiene (OP1 u OP2 según el convenio de Amber), de
modo que ambos dan los dos diastereómeros en el fósforo. Su asignación absoluta Rp/Sp aún no está
confirmada: *R/*S se aceptan con aviso y * solo usa PS1.
Extremos y cargas. Amber y modXNA reparten de forma distinta la carga de los nucleótidos
terminales, así que una hebra cuyo nucleótido 5′ o 3′ está modificado toma de modXNA los dos
nucleótidos terminales; toda hebra conserva una carga entera. Cada residuo distinto recibe un
nombre X01, X02, … y su librería va en libs/ junto con frcmod.modxna; el
manifiesto relaciona los nombres con los tripletes de modXNA.
Otros esqueletos, azúcares y bases de modXNA se pueden escribir como tripletes explícitos, pero
deben existir en la librería de residuos; las herramientas de línea de comandos construyen más con
tools/build_residue_library.py --only BB-AZÚCAR-BASE-int.
Modelos de hélice
La pestaña Modelos de hélice lista los 40 modelos de fibra dúplex de 3DNA disponibles.
Cada uno es una unidad repetitiva de uno o más pares de bases y la operación de tornillo que la
lleva a la siguiente. dsXNAbuilder coloca cada nucleótido directamente con ese tornillo, así que
el dúplex reproduce exactamente el modelo de fibra y el esqueleto azúcar-fosfato queda continuo
(O3′–P ≈ 1,60 Å) sin relajación.
- Los modelos genéricos (ADN-A #1, #54; ADN-B #4, #46, #55; ADN-C #7, #47) traen las
cuatro bases y admiten cualquier secuencia.
- Los demás se derivaron para una secuencia repetitiva concreta (p. ej. ADN-Z #15 para
poli d(GC)). Las demás bases se colocan sobre el esqueleto del modelo intercambiando la base
en el marco de referencia estándar (Olson et al. 2001), como hace 3DNA. En repeticiones de
varios pares se elige la fase que mejor encaja con su patrón purina/pirimidina y se avisa
cuando la secuencia lo rompe (p. ej. una pirimidina en posición syn del ADN-Z).
- Los híbridos (#22–#25) tienen una hebra de ADN y otra de ARN; si su hebra 1 es ARN y la
primera hebra del modelo es ADN, el dúplex se construye al revés y se gira para que la
hebra 1 siga yendo 5′→3′ hacia arriba.
- Se admite ARN sobre un modelo de ADN (o al revés): se añade o quita O2′ sobre el azúcar del
modelo, que conserva su pucker; un aviso indica cuándo ese pucker es inusual.
Quince de los 55 modelos de 3DNA no se ofrecen: tríplex, el cuádruplex y la hebra simple
(#30–#36, #42), pares homo que no se pueden escribir con A/C/G/T/U (#26–#29) y modelos que no
superan las comprobaciones geométricas (#17, #48) o que 3DNA marca como obsoletos (#53). La
pestaña de modelos da el motivo de cada uno.
Salida
La salida es un fichero PDB con los átomos pesados del dúplex: la cadena A es la hebra 1 y
la B la hebra 2, ambas 5′→3′, con nombres de residuo y de átomo al estilo de Amber (DA, DC,
DG, DT; A, C, G, U; OP1/OP2). Los nucleótidos modificados reciben los nombres X01, X02, … y
conservan los nombres de átomo de modXNA; los registros REMARK 999 de la cabecera
dicen qué es cada uno, las dos hebras tal como se escribieron, el modelo de fibra y las
versiones de los datos, de modo que el fichero se documenta solo. No incluye hidrógenos:
añádalos con su programa de modelado o de dinámica.
Avanzado: paquete de topología Amber/modXNA
Para usuarios de Amber, el panel Avanzado genera un zip que convierte el PDB en una
topología de Amber con tleap, incluidos los parámetros de modXNA de los nucleótidos
modificados. dsXNAbuilder es un constructor de estructuras: la minimización, el equilibrado y
la producción quedan a su cargo.
structure.pdb | el mismo PDB de la salida por defecto |
leap.in | entrada de tleap: campos de fuerza, librerías de modXNA, caja de agua e iones neutralizantes opcionales |
libs/, frcmod.modxna | residuos y parámetros de modXNA, cuando se usan modificaciones |
run.sh | ejecuta tleap → system.parm7 / system.rst7 |
manifest.json | entradas, procedencia del modelo y de los datos, nombres de residuo, avisos y hashes de los ficheros |
La herramienta de línea de comandos da los mismos resultados (dsxnabuilder build --top …
--bottom … --model 4 -o duplex.pdb, con --amber paquete.zip para el paquete).
Avisos
Los avisos nunca bloquean la construcción; los errores sí. Se informa de desapareamientos,
pares wobble, extremos protuberantes, intercambios de base en modelos de secuencia concreta,
puckers forzados y contactos cortos, para que decida cómo preparar la estructura (p. ej. una
minimización restringida) antes de simularla.
Cómo citar
Si usa dsXNAbuilder, cite los modelos de fibra de 3DNA (Lu & Olson, Nucleic Acids Res
2003, 31:5108–5121; Nat Protoc 2008, 3:1213–1227) y, si usa nucleótidos modificados,
modXNA (Love et al., J Chem Theory Comput 2024, 20:9354–9363).
Licencia
dsXNAbuilder es software libre (GPL-3.0). Las plantillas de fibra derivan de datos de 3DNA
(CC BY-NC 4.0) y los residuos de modXNA son GPL-3.0. Las estructuras que construya son suyas.