Thermodynamic and kinetic aspects of RNA pulling experiments
最近的单分子拉伸实验表明，如何使用光镊力显微镜操纵RNA分子是可能的。我们研究了一个极小模型的实验装置，其中包括一个RNA分子连接到两个聚合物（手柄）和一个珠子，被困在光学电位，连接到其中一个手柄。最初，我们专注于以合作方式展开的小单域RNA分子。该模型定性地再现了实验结果，并允许我们调查的珠和处理的展开反应的影响。我们的模型的一个主要组成部分是考虑适当的统计系综和相应的热力学势描述系统中的热波动。然后，我们研究了几个相关的问题，从实验数据中提取热力学信息。接下来，我们使用动力学模型研究动力学。最后，我们解决了更普遍的问题，一个多结构域RNA分子与Mg 2 +-三级接触，以顺序的方式展开，并提出技术来分析断裂力数据，以获得可靠的动力学参数，每个域的特征。
2004-05-05 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
The Spanning Tree Model and the Assembly Kinetics of RNA Viruses
单链（ss）RNA病毒在含有病毒RNA基因组分子和病毒衣壳蛋白的溶液中自发地自组装。空衣壳的自组装可以根据相当简单的模型的自由能最小化来理解。然而，在感染细胞的细胞质中完整病毒颗粒的自组装过程中，病毒基因组分子必须从大量非常相似的宿主信使RNA分子中选择。已知组装过程采取衣壳蛋白在病毒RNA分子上的优先异质成核的形式（“选择性成核”）。最近，提出了一个简单的数学模型的小ssRNA病毒的选择性成核。在本文中，我们提出了一个统计物理分析的热平衡和动力学性质的模型，并表明它可以占，至少定性地说，许多观察的小ssRNA病毒的自组装。
2021-08-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The Spanning Tree Model and the Assembly Kinetics of RNA Viruses
单链（ss）RNA病毒在含有病毒RNA基因组分子和病毒衣壳蛋白的溶液中自发地自组装。空衣壳的自组装可以在自由能最小化的基础上理解。然而，在感染细胞的细胞质中完整病毒颗粒的自组装过程中，病毒基因组分子必须从大量非常相似的宿主信使RNA分子中选择，并且不知道这是否也可以通过自由能最小化来理解。我们使用最近提出的一个简单的数学模型来解决这个问题，该模型用于组装小ssRNA病毒（提交给PLOS Biocomputation）。我们提出了一个统计物理分析的模型的属性，发现一个效果动力学RNA选择机制与选择过程中发生的成核复合物的形成。令人惊讶的是，动力学选择性大大提高了适度水平的过饱和度和降低蛋白质与RNA的浓度比。该机制与Hopfield动力学校对方案有关。
2022-03-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Force-induced misfolding in RNA
RNA折叠是由大量结构的竞争所控制的动力学过程，所述结构通过碱基对的瞬时形成而稳定，所述碱基对可以诱导复杂的折叠途径和错误折叠结构的形成。尽管其在现代生物物理学中的重要性，但目前对RNA折叠动力学的理解受到稳定天然结构的弱碱基对相互作用和热力学无序效应之间复杂相互作用的限制。机械拉动单个分子的可能性为理解核酸的折叠提供了新的视角。在这里，我们研究RNA二级结构中的折叠和错误折叠机制的机械力拉。我们介绍了一个模型的基础上识别的最小的一组结构，再现单分子实验中获得的力延伸曲线的图案。该模型只需要两个拟合参数：在单个碱基对的水平上的尝试频率和与自由能校正相关的参数，该自由能校正解释了指数级大量被忽略的二级结构的构型熵。我们应用该模型来解释最近在三螺旋连接S15 RNA分子（RNAS 15）的拉实验中获得的结果。我们发现，RNAS 15经历力诱导的错误折叠，其中力有利于形成稳定的非天然发夹。该模型再现了实验中得到的展开和重折叠力-延伸曲线、断裂力分布和错误折叠概率。
2009-01-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Model for Folding and Aggregation in RNA Secondary Structures
我们研究了RNA二级结构的统计力学，该二级结构被设计成具有两种不同类型的结构之间的吸引力，作为杂聚物聚集的模型系统。二级结构的分支熵和通过配对获得的能量之间的竞争驱动RNA经历从熔融相到聚集相的“温度无关的”二级相变“。由此获得的聚集相在不同RNA之间具有宏观上大量的接触。该相的配分函数标度指数为θ~ 1/2，相变的交叉指数为ν~ 5/3。这些计算的生物分子的聚集的相关性进行了讨论。
2006-01-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
A growth model for RNA secondary structures
本文提出了一个RNA二级结构平面拱结构生长的层次模型，并证明其等价于树生长模型。这两种模型都可以解析求解，从而获得大分子的缩放函数，并通过高达6500个碱基的数值模拟来检查缩放的校正。这两个模型的等价性有助于理解更一般的树木生长过程。
2007-11-21 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Predicting the kinetics of RNA oligonucleotides using Markov state models
如今，不同的实验技术，如单分子或弛豫实验，可以提供生物分子系统的动态特性，但这些方法获得的细节量往往是有限的时间或空间分辨率。在这里，我们使用国家的最先进的计算技术，即原子分子动力学和马尔可夫状态模型，提供洞察短RNA寡核苷酸的快速动态，以阐明堆叠相互作用的动力学。多个微秒长的模拟分析表明，这些分子的主要弛豫模式可以由交替折叠状态之间的过渡，而不是随机线圈和天然结构之间的过渡。在适当地去除由当前RNA琥珀力场的已知不准确性人为稳定的结构后，预测的动力学性质与先前报道的弛豫实验的时间尺度一致。
2016-12-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Twist-stretch relations in nucleic acids
本文提出三维介观哈密顿模型并结合路径积分技术，揭示了A型RNA和B型DNA短螺旋片段在恒定负载下的扭转-拉伸关系与拉伸特性，与千碱基长分子的相反行为一致。
2023-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Prediction and statistics of pseudoknots in RNA structures using exactly clustered stochastic simulations
RNA二级结构的从头计算预测长期以来一直不考虑环内部的螺旋，即所谓的假结，尽管它们在结构上很重要。在这里，我们报告说，许多假结可以预测通过长时间尺度RNA折叠模拟，遵循随机关闭和开放的个人RNA螺旋。这些随机模拟的数值效果依赖于一个O（n^2）的聚类算法，该算法计算连续更新的n个参考结构的时间平均值。应用这种精确的随机聚类方法，我们通常可以获得高达400个碱基的RNA序列的5到100倍的模拟加速，而对于短的多稳定分子（<150个碱基），有效加速可以高达100，000倍。我们对随机和天然RNA序列进行了广泛的折叠统计，发现假结在RNA结构中不均匀分布，并且在富含G+C的RNA序列中占高达30%的碱基对（包括假结的在线RNA折叠动力学服务器：http://kinefold.u-strasbg.fr/）。
2003-09-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Analytical description of finite size effects for RNA secondary structures
研究了RNA二级结构的一致序列系综的解析性质。我们计算的配分函数非常长的序列，并讨论如何交叉长度，超过渐近标度律适用，取决于热力学参数。对于参数的实际选择，该长度可以比天然RNA分子长得多。当应用渐近理论解释实验或数值结果时，必须考虑到这一点。
2005-04-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio
RNA polymerase motor on DNA track: effects of interactions, external force and torque
RNA聚合酶（RNAP）是一个移动的分子作坊，它通过一个接一个地添加单体亚基来聚合RNA分子，同时在DNA模板本身上逐步移动。在这里，我们开发了一个理论模型，将空间相互作用的RNAP和他们的机械化学周期，明确捕捉每个电机的周期性形状变化。使用这个模型，我们不仅解释了依赖于外部施加的负载力的RNAP的平均速度，但也预测的{ \it nonmotonic}变化的平均速度的外部扭矩。我们还显示了马达的空间相互作用对RNA合成总速率的影响。原则上，我们的预测可以通过进行{ \it in-vitro}实验来测试，我们在这里建议。
2009-06-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Statistical Physics of RNA-folding
我们讨论RNA的二级结构所描述的物理。我们研究了一个均匀的RNA模型，其中包括配对和碱基堆积能量以及内部循环的熵成本的静态属性。对于足够大的成本模型表现出热变性转变，我们分析的回转半径。我们指出了一个不一致的标准方法来预测RNA二级结构的大分子。在外力作用下，在球状相和扩展相之间发生二级相变。哈里斯型准则表明，序列无序不影响相关长度指数，而其他临界指数在玻璃相中被修改。然而，在高温下，在粗粒度的水平上，无序RNA很好地描述了均匀模型。力-延伸曲线的特性作为能量参数的函数进行了讨论。我们表明，力的过渡总是二阶的。预测了一种与真正的无序RNA相关的再进入现象。
2002-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Transcriptional bursts: a unified model of machines and mechanisms
{ \it Transcription}是RNA分子通过分子机器聚合的过程，称为RNA聚合酶（RNAP），使用相应的DNA作为模板。最近用单细胞进行的{ \it体内}实验已经确定转录以“爆发”或“脉冲”发生。在这封信中，我们提出了一个模型，捕捉不仅是机械化学的个人RNAP和它们的空间相互作用，但也开关的基因之间的ON和OFF状态。该模型解释了转录爆发的统计特性。它还显示了如何通过控制RNAP机器的操作的适当步骤来调整这些突发的分布的定量特征。
2008-11-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.GN
The secondary structure of RNA under tension
我们研究了随机无序RNA或单链DNA聚合物的力诱导展开。该系统经历了一个二级相变，从一个崩溃的球状相在低的力到一个广泛的项链相与宏观端到端的距离在高的力。在低温下，序列的不均匀性改变了临界行为。我们提供了数值证据的普遍性的临界指数，外推的标度律为零力，包含有用的信息的基态（f=0）的属性。这为定量研究表征坍缩小球的标度指数提供了一种很好的方法。为了消除热涨落的模糊效应，我们把自己限制在固定外力作用下的基态。我们分析的统计重排，特别是低于临界力，并指出其影响力的扩展实验上的单分子。
2002-10-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
New alphabet-dependent morphological transition in a random RNA alignment
我们研究了参与形成仙人掌样二级结构的随机杂聚体RNA样分子的核苷酸的分数$f$。在低温限制，我们研究这部分作为不同核苷酸种类的数量$c$的函数。我们发现，随着$c$的变化，随机RNA的二级结构经历了形态学转变：$f(c)\to 1$为$c \le c_{\rm cr}$，因为链长$n$变为无穷大，这表明形成了一个几乎“完美”的无间隙二级结构;而$f(c)<1$为$c>c_{\rm cr}$，这意味着形成了一个具有间隙的非完美结构。证明了$2 \le c_{\rm cr} \le 4$的严格上下界，并给出了$c_{\rm cr}$的数值证据.从进化的角度来看，过渡的相关性进行了讨论。
2012-05-22 cond-mat.stat-mech q-bio.GN
Sequence matching algorithms and pairing of noncoding RNAs
本文提出了一种新的统计方法来计算两个能形成等级苜蓿叶状二级结构的杂聚物的排列。这为定量测定具有任意一级序列的两个非编码RNA的结合自由能提供了一种新的构造性算法。ncRNA的比对不同于两个RNA序列的完全比对：在ncRNA的情况下，我们只比对两个不同RNA之间构成配对的核苷酸序列，而每个RNA的二级结构只通过影响每个分子对总成本函数的熵贡献的组合因素来发挥作用。所提出的算法基于两个观察：i）标准比对问题被认为是两个缔合杂聚物链结合的更一般的统计问题的零温度极限; ii）最后一个问题被推广到具有分级三叶草状结构（即RNA类型）的序列上。在最后取零温度极限，考虑到侧仙人掌状回路的熵，我们得到了系统所需的"代价函数"。此外，我们已经详细演示了我们的算法如何能够解决“结构恢复”问题。也就是说，我们可以预测在零温度限制的苜蓿叶状（即二级）结构的相互作用的ncRNA只知道他们的主要序列。
2010-11-11 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
