An irreversible growth model for virus capsid assembly
我们模拟了衣壳（病毒的封闭外壳）的自发组装，从许多相同单位的副本，使用完全不可逆的步骤，只有信息本地的增长边缘。我们的模型是制定方面（i）的弹性哈密顿与拉伸和弯曲刚度和自发曲率，和（ii）一组速率常数添加新的单元或债券。一个合奏的高度不规则的衣壳产生，不像众所周知的二十面体对称病毒，但（我们认为）似是而非的逆转录病毒，如艾滋病毒的不规则衣壳建模的一种方式。我们发现，（i）成功的衣壳完成的概率随衣壳大小呈指数衰减;（ii）衣壳大小强烈依赖于自发曲率和弱的弯曲和拉伸弹性刚度的比例的外壳;（iii）高斯曲率（facetedness的测量）的本地化程度在很大程度上取决于弹性刚度的比例。
2006-08-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Encapsulation of a polymer by an icosahedral virus
许多病毒的外壳蛋白自发地在核酸或其他聚合物周围形成二十面体衣壳。阐明包装的聚合物在衣壳形成中的作用可以促进生物医学工作，以阻止病毒复制，并使衣壳能够用于纳米材料应用。为此，我们执行布朗动力学的粗粒度模型，描述了二十面体衣壳组装周围的柔性聚合物的动力学。我们确定了几种机制，聚合物在其封装中发挥积极作用，包括合作的聚合物-蛋白质运动。这些机制与实验可控参数有关，如聚合物长度、蛋白质浓度和溶液条件。此外，模拟表明，组装机制与封装效率相关，我们提出了一个相图，预测组装结果作为实验参数的函数。我们预计，我们的模拟结果将提供一个框架，设计在体外组装实验的单链RNA病毒衣壳。
2010-09-20 q-bio.BM
Knot-controlled ejection of a polymer from a virus capsid
我们提出了一个数值研究打结的影响，灵活和半灵活的聚合物从一个球形的，病毒样衣壳弹射。聚合物喷射速率主要由结控制，其移动到衣壳中的孔，然后充当棘轮。具有更复杂结的聚合物喷射更慢，并且对于大结，结类型而不是聚合物的柔性决定喷射速率。我们讨论了我们的研究结果的关系，从病毒衣壳的DNA弹射和推测，这一过程具有解开DNA进入细胞之前的生物学优势。
2009-01-15 cond-mat.soft q-bio.BM
A minimal representation of the self-assembly of virus capsids
病毒是生物纳米系统，具有蛋白质制成的衣壳单元的衣壳，其包围并保护负责其复制的遗传物质。在这里，我们展示了如何在二十面体衣壳的壳粒-壳粒相互作用的几何约束固定的形式的最短的和普遍的截断多极扩展壳粒之间的两体相互作用。许多二十面体和相关病毒衣壳的结构位于该势能面的单个最低能量状态。我们的方法揭示了衣壳的自然设计的相关特征，并且在纳米科学和纳米技术领域中类似的中空凸形结构是相关的。
2013-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanisms of virus assembly
病毒是纳米级的实体，含有包裹在称为衣壳的蛋白质外壳中的核酸基因组，并且在某些情况下被脂质双层膜包围。本文综述了衣壳在宿主细胞内和体外组装的物理过程。我们描述的热力学和动力学组装成二十面体衣壳壳的蛋白质亚基，以及这些是如何修改的情况下，衣壳组装周围的核酸或脂质双层。我们目前的实验和理论技术，已被用来表征衣壳组装，我们强调病毒组装的方面可能会在不久的将来得到显着的关注。
2014-07-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Electrostatics and the Assembly of an RNA Virus
静电相互作用在单链RNA病毒的组装中起着核心作用。在盐度和酸度的生理条件下，病毒衣壳组装需要与核心蛋白带相反电荷的基因组物质的存在。在本文中，我们应用基本的聚合物物理和统计力学方法的自组装的合成病毒类药物的通用的药物分子。我们发现，（i）的平均浓度的衣壳化的聚合物材料取决于表面电荷密度，半径的衣壳，和线性电荷密度的聚合物，但既不上的盐浓度或库恩长度，（ii）的总电荷的衣壳内部是相等的，但相反的空衣壳，一种形式的电荷反转。与天然病毒不同，合成病毒预计不会处于渗透膨胀压力下。自组装只产生填充衣壳的设计条件与衣壳表面电荷超过聚合物表面吸附的脱附阈值的条件一致。我们将我们的结果与合成和天然病毒的自组装研究进行比较。
2004-10-27 q-bio.BM q-bio.SC
Statistical analysis of sizes and shapes of virus capsids and their resulting elastic properties
从对大约130个小二十面体病毒的大小的分析中，我们发现存在典型的结构衣壳蛋白，其具有5nm的平均直径和3nm的平均厚度，其中超过三分之二的所分析的衣壳蛋白具有2nm和4nm之间的厚度。为了研究除了相当保守的几何结构之外，衣壳蛋白是否在它们相互作用的方式上显示出相似性，我们详细检查了衣壳的形状。根据它们与球和二十面体的相似性以及它们之间的一组插值形状，我们对它们进行了数值分类，所有这些都是从壳体弹性理论中得到的。为了使一个理想化的，数值计算的形状的弹性壳和衣壳之间的唯一和直接的连接，我们设计了一个特殊的形状拟合程序，其结果是理想化的弹性形状拟合衣壳最好。使用这样的程序，我们进行了一系列的病毒形状的统计分析，我们发现，即使是非常不同的病毒的衣壳弹性特性之间的相似之处。正如我们在论文中所解释的，蛋白质大小和衣壳弹性特性的收敛有结构和功能上的原因。我们的工作提出了一个具体的定量方案，以估计不同蛋白质之间的相关性的基础上的细节（四级）形状，他们形成（衣壳）。因此，它可以提供与从其他类型的蛋白质相似性的研究中获得的信息互补的信息，例如结构元件的总体组成、折叠蛋白质骨架的拓扑结构和序列相似性。
2013-01-09 physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of icosahedral viruses: what does Viral Tiling Theory teach us?
我们提出了一种自上而下的方法来研究二十面体病毒衣壳的动力学，其中每个蛋白质近似由一个点质量。虽然这代表了一个相当粗糙的粗粒化，我们认为，它突出了几个通用功能的振动光谱已被忽视到目前为止。我们还讨论了近似反转对称的后果以及病毒平铺理论在研究病毒衣壳振动中所起的作用。
2008-02-19 q-bio.BM
Functional analysis of the N-terminal basic motif of a eukaryotic satellite RNA virus capsid protein in replication and packaging
病毒颗粒的有效复制和组装对于感染的建立是不可或缺的。除了衣壳蛋白（CP）在使RNA子代衣壳化中的主要作用外，正义单链RNA病毒的实验证据表明CP也调节RNA合成。在这里，我们证明了卫星烟草花叶病毒（STMV）的复制是由STMV CP和辅助病毒（HV）烟草花叶病毒（TMV）复制酶之间的协同相互作用控制的。我们确定STMV CP-HV复制酶相互作用需要在N-末端13个氨基酸（aa）基序中的第三位置（3R）处的带正电荷的残基。远西北印迹表明，STMV CP促进HV-复制酶和STMV RNA之间的结合。在N-末端13 aa基序中的位置3处具有精氨酸至丙氨酸取代的STMV CP变体废除了复制酶-CP结合。CP的N-末端13 aa基序携带位于5、7、10和11位的带正电荷残基的丙氨酸取代，在包装全长STMV时是有缺陷的，但可以包装缺少3'末端150 nt区域的截短的STMV RNA。这些发现提供了深入了解STMV复制和包装的调节机制。
2016-12-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Assembly Models for Papovaviridae based on Tiling Theory
病毒的一个重要组成部分是它的蛋白质外壳，称为病毒衣壳，它包裹并因此为病毒基因组提供保护。组装模型是为病毒衣壳开发的，该病毒衣壳由蛋白质构建块构建，该蛋白质构建块可以在衣壳中呈现不同的局部键合结构。这种情况发生在乳多空病毒科的病毒中，这种病毒与癌症有关，因此卫生部门特别感兴趣。更具体地，该家族中的（假）T=7颗粒的病毒衣壳由表现出两种不同类型的键合结构的五聚体组成。虽然这种情况不能用卡斯帕-克鲁格理论（Caspar-Klug Theory，1962）来描述，但可以通过平铺理论（Twarock，2004）来建模。后者用于编码组合结构中构件的局部结合环境，称为组装树，其是沿着Zlotnick的平衡方法推导乳多空病毒科组装模型的基本成分（Zlotnick 1994）。相空间形式主义的特点是在组装途径和中间体的变化所引发的关联能量特征之间的键在衣壳中的积木的变化。此外，组装途径和浓度的统计上占主导地位的组装中间体被确定。以猿猴病毒40为例进行了详细的讨论。
2005-08-22 q-bio.BM
The role of packaging sites in efficient and specific virus assembly
在许多单链RNA病毒（包括许多人类病原体）的生命周期中，一种称为衣壳的蛋白质外壳自发地组装在病毒基因组周围。了解衣壳蛋白在不同宿主RNA中选择性地围绕病毒RNA组装的机制是病毒学中的一个关键问题。在一种提出的机制中，基因组RNA内的序列元件（包装位点）通过与衣壳蛋白的特异性相互作用促进快速有效的组装。在这项工作中，我们开发了一个粗粒度的粒子为基础的计算模型的衣壳蛋白和RNA，代表蛋白质-RNA相互作用所产生的非特异性静电和特定的包装网站的相互作用。使用布朗动力学模拟，我们探讨了组装的效率和特异性如何取决于溶液条件（控制蛋白质-蛋白质和非特异性蛋白质-RNA相互作用）以及包装位点的强度和数量。我们确定不同的区域在参数空间中，包装网站导致高度特异性的组装通过不同的机制，和其他包装网站导致动力学陷阱。我们将这些计算预测与特异性的体外测定相关，其中同源病毒RNA与非同源RNA竞争衣壳蛋白组装。
2015-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Molecular dynamics study of T=3 capsid assembly
分子动力学模拟用于模拟包含180个梯形颗粒的多面体壳的自组装，所述梯形颗粒对应于T=3病毒衣壳。三种粒子，形状略有不同，被用来解释准等效的效果。粒子之间的键形成是可逆的，并且包括明确的原子溶剂。在合适的条件下，模拟能够产生完整的壳，其中大部分未使用的颗粒作为单体保留，并且几乎没有其他簇。也没有错误组装的群集。模拟揭示了沿着生长途径的中间结构的细节，这些信息与解释实验有关。
2018-03-18 q-bio.BM
AAVDiff: Experimental Validation of Enhanced Viability and Diversity in Recombinant Adeno-Associated Virus (AAV) Capsids through Diffusion Generation
Hangzhou Carbonsilicon AI Technology Co., Ltd（杭州碳硅人工智能科技有限公司）；College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University（浙江大学药学院）
提出端到端扩散模型AAVDiff生成rAAV衣壳序列，实验验证其活性与多样性，提升基因治疗载体特异性和转导效率。
2024-04-17 cs.AI cs.CE q-bio.BM
Uncertainty Quantified Computational Analysis of the Energetics of Virus Capsid Assembly
病毒衣壳的组装途径预测/分析中的大多数现有研究做出了简化的假设，即中间状态的构型可以直接从整个衣壳的最终构型中提取。这种解释没有考虑到组成蛋白的构象变化以及在整个组装过程中持续直到稳定化的结合界面的微小变化。本文提出了一种基于几何系综的方法，该方法为每个单体的构型空间和单体之间的相对局部取向提供了足够的样本，以捕获它们的结合和构象中的不确定性。此外，我们不使用较大的壳体（三聚体、五聚体）作为结构单元，而是允许所有可能的子组装体以所有可能的组合结合。我们用两种不同的方式表示这个组装图。首先，我们使用Wilcoxon符号秩测度来比较在采样构象上计算的结合自由能的分布，以预测可能的途径。第二，我们代表的化学平衡方面的过渡作为贝叶斯因子图，其中协会和解离的浓度和结合自由能的基础上建模。从这两个实验的结果表明显着偏离那些一个将获得如果只考虑蛋白质的静态配置。因此，我们建立了一个不确定性感知的途径分析协议的重要性，并提供了一个统计框架，作为重要的第一步组装途径预测具有高统计置信度。
2016-10-03 q-bio.BM q-bio.QM
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
How a Virus Circumvents Energy Barriers to Form Symmetric Shells
以往的自组装实验在一个二十面体的模式植物病毒已经表明，在生理条件下，衣壳蛋白最初结合到基因组，通过一个envelope机制，并形成一个无序状态的核蛋白复合物，这就提出了问题，病毒粒子是如何组装成一个高度有序的结构在宿主细胞。使用小角X射线散射，我们发现，在生理条件下，在衣壳蛋白浓度增加时，发生无序-有序过渡。我们的冷冻透射电子显微镜显示，即使在pH 7.5的封闭的球形壳含有体外转录的病毒RNA，与以前的观察结果形成鲜明对比。我们使用蒙特卡罗模拟来解释这种无序-有序的转变，并发现，随着壳的生长，无序的中间体的结构，其中五聚体的分布不属于二十面体的子群变得非常不利的能量，帽可以很容易地解离和重新组装，克服形成完美的二十面体壳的能量障碍。此外，我们监测的条件下，成核和生长的衣壳的生长是占主导地位的途径，并表明，在两个england和成核和生长途径的无序-有序转变的关键在于弹性能的强度相比，在系统中的其他力量，包括蛋白质-蛋白质相互作用和化学势的自由亚基。我们的发现至少部分解释了为什么具有二十面体有序结构的完美病毒体在不同的条件下形成，包括生理条件。
2020-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanical limits of viral capsids
本文利用计算机模拟的方法研究了病毒衣壳在外力作用下的弹性和机械稳定性。我们的方法允许实现对应于特定微结构的特定几何结构，例如$ϕ$ 29和CCMV。我们演示了如何在一个相结合的数值和实验方法的弹性参数可以确定高精度。实验观察到的双峰的弹性弹性常数示出的几何起源，即五价单位的存在下，在病毒壳。定义了衣壳破裂的标准，这很好地解释了实验观察到的破裂。从我们的数值计算中，我们发现断裂力对Föppl-von Kármán数（FvK）的依赖性是从$γ^{2/3}$到$γ^{1/2}$的交叉。对于填充的衣壳，高的内部压力导致具有屈曲基态的病毒比未屈曲的病毒更强的不稳定性。最后，我们展示了我们的数值计算的能量图可以用来提取信息的强度蛋白质-蛋白质相互作用的破裂实验。
2007-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
