Coarse-grained simulations of RNA and DNA duplexes
虽然RNA发挥许多细胞功能，但对这些分子的动力学和热力学知之甚少。原则上，全原子分子动力学模拟可以研究这些问题，但与目前的计算机设备，这些模拟已被限制到小RNA和短时间。HiRe-RNA是最近提出的一种高分辨率粗粒度RNA，它捕获了许多几何细节，如碱基配对和堆叠，能够在很短的计算时间内将RNA分子折叠成接近天然的结构。到目前为止，它已被应用于简单的发夹，在这里，我们提出了它的应用，几十个核苷酸的双链体，并显示如何与我们的模型和双链交换分子动力学（REMD），我们可以很容易地预测正确的双螺旋从一个完全随机的配置和研究的解离曲线。为了显示我们的模型的通用性，我们提出了一个应用程序的双链DNA分子以及。重建算法使我们能够获得完整的原子结构的粗粒度模型。通过原子分子动力学（MD），我们可以从低温复制品的代表性结构或从实验结构开始比较动力学，并显示两者在统计上是如何相同的，突出了结构化RNA和DNA的粗粒度方法的有效性。
2013-01-21 physics.bio-ph q-bio.BM
A coarse-grained model with implicit salt for RNAs: predicting 3D structure, stability and salt effect
为了弥补RNA序列和三维结构之间的差距，人们提出了一些预测RNA三维结构的计算模型。然而，现有的模型很少考虑离开室温/体温和高盐（1 M NaCl）的条件，因此一般难以预测热力学和盐效应。在这项研究中，我们提出了一个粗粒度的模型与隐式盐RNA预测的三维结构，稳定性和盐效应。结合蒙特卡罗模拟退火算法和粗粒力场，该模型将46个测试RNA（小于或等于45 nt）从它们的序列折叠成它们的天然样结构，总的平均RMSD为3.5 μ m，总的最小RMSD为1.9 μ m。对于30个发夹结构的RNA，该模型也给出了稳定性和盐效应的可靠预测，与大量的实验数据相比，解链温度的平均偏差约为1.0 ℃。此外，该模型可以提供在给定的温度/盐条件下短RNA的可能的3D结构的集合。
2014-09-01 physics.bio-ph q-bio.BM
Coarse Graining RNA Nanostructures for Molecular Dynamics Simulations
为了研究RNA纳米结构的分子动力学，已经发展了一系列的粗粒度模型。该系列中的模型每个核苷酸有一到三个珠子，包括不同数量的详细结构信息。这样的处理使我们能够达到数千个核苷酸的系统，微秒的时间尺度（即比完整的原子模型长三个数量级），从而能够在生物纳米技术的背景下模拟大型RNA聚合物。我们发现，由一组仅几个通用参数描述的每个核苷酸3个珠子的模型能够描述不同的RNA构象，并且在结构精度上与其中包括从参考结构获取的主链P-C4'二面角的详细值的模型相当。这些发现的背景下进行了讨论的RNA构象类。
2010-04-12 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Coarse-Grained Nucleic Acid-Protein Model for Hybrid Nanotechnology
杂交DNA -蛋白质纳米技术的新兴领域带来了许多新材料的潜力，这些材料将DNA纳米技术的可寻址性与蛋白质相互作用的多功能性相结合。然而，这些混合结构的设计和计算研究是困难的，由于所涉及的系统尺寸。为了帮助设计和计算机分析过程中，我们在这里介绍了一个粗粒度的DNA/RNA-蛋白质模型，扩展了DNA/RNA的oxDNA/oxRNA模型与基于各向异性网络模型表示的粗粒度蛋白质模型。我们的模型完全配备了分析脚本和可视化，旨在促进最终实验实现的混合纳米材料设计，以及使生物复合物的研究成为可能。我们通过模拟DNA-蛋白质纳米笼、包裹在组蛋白周围的DNA和聚合酶中的新生RNA进一步证明了它的用途。
2020-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A nucleobase-centered coarse-grained representation for structure prediction of RNA motifs
我们介绍了SPQR模型，这是一种用于结构预测和细化的粗粒度RNA表示。在我们的方法中，核苷酸的表示由磷酸基团的点粒子和核苷的各向异性粒子组成。原则上，相互作用是由ESCORE函数（一种以基础为中心的评分函数）激发的基于知识的潜力。然而，一个特殊的治疗是给予碱基配对的相互作用和某些几何构象，这是失去了在一个原始的知识库模型。这导致能够描述平面规范和非规范碱基对和碱基-磷酸相互作用的表示，并区分糖起皱和糖苷扭转构象。该模型适用于折叠的几种结构，包括双链体与内部循环的非典型碱基对，tetraloops，路口和一个pseudokont。对于这些系统中的大多数，实验结构正确地预测在个人接触的水平。我们还提出了一种方法，有效地重新引入原子细节的粗粒度表示。
2017-12-06 physics.bio-ph physics.chem-ph 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
Minimal Models for RNA Simulations
本文综述不同分辨率的 RNA 粗粒化最小模型，介绍显隐式结合的静电处理方法及其在折叠、相分离中的应用，并指出 RNA-蛋白质相互作用建模挑战。
2025-06-08 q-bio.BM
Bayesian analysis of time series of single RNA under fluctuating force
从单分子动力学数据中提取生物分子的内在动力学信息具有重要的生物物理意义。在这项工作中，我们从理论上探讨了从光镊中进行的强制折叠/展开实验获得的时间序列推断单个RNA的内在动力学参数的可行性，其中分子两侧是长的双链DNA/RNA手柄，并被拴在两个大珠子之间。我们首先构建了一个粗粒度的实验系统的物理模型。该模型捕捉了主要的物理因素：布朗运动的珠，分子结构的转变，和手柄和RNA的弹性。然后，基于该模型的解析解，提出了一种基于蒙特卡罗马尔可夫链的贝叶斯方法，从距离或力的噪声时间序列中推断RNA的内在动力学参数。由于微珠的布朗运动和结构转变所引起的力的涨落对RNA的跃迁速率有显著的调节作用，因此我们证明了这种统计方法比传统的直方图拟合方法更能准确、有效地推断分子的内禀参数.
2007-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
RNA folding landscapes from explicit solvent all-atom simulations
考虑到开发现实力场的困难和采样罕见构象转变的固有计算复杂性，RNA折叠的原子详细模拟已被证明是非常具有挑战性的。为了解决这两个问题，我们扩展到RNA的增强路径采样方法以前成功地应用于蛋白质。在这个方案中，关于RNA的天然结构的信息被一个软的依赖于历史的偏置力所利用，该偏置力被添加到原子力场中，从而促进了生产性折叠轨迹的产生。在这里，我们报告的结果，在明确的溶剂中的RNA分子从20至47个核苷酸长和拓扑结构的复杂性增加的模拟。从折叠途径的统计分析中，我们推断，与蛋白质不同，即使对于具有简单拓扑结构的相对较小的链，潜在的自由能景观也显着受挫。折叠机制和热力学与现有的实验和一些现有的粗粒度模型是一致的。该方案提供了一个完整的微观表征RNA折叠，有关的动力学和动力学的转变的化学链和它的溶剂。因此，它提供了一个可转移的框架，为未来的翻译应用程序奠定了基础。
2022-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Capturing the essence of folding and functions of biomolecules using Coarse-Grained Models
生物分子及其复合物可以发挥作用的距离从几纳米（折叠结构）到几毫米（例如染色体组织）不等。描述涵盖如此不同长度和时间尺度的现象，需要模型来捕捉特定长度尺度的潜在物理学。理论思想，特别是来自聚合物物理学的概念，指导了粗粒度模型的发展，以研究DNA，RNA和蛋白质的折叠。最近，此类模型及其变体已应用于生物纳米机器的功能。使用粗粒度模型的模拟现在准备解决生物学中的广泛问题。
2011-09-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA nanotweezers studied with a coarse-grained model of DNA
我们介绍了一个粗粒度的刚性核苷酸模型的DNA，重现短链的基本热力学：双链杂交，单链堆叠和发夹的形成，也捕捉到DNA的基本结构特性：螺旋间距，持久性长度和扭转刚度的双链分子，以及比较灵活的非堆叠单链。我们应用该模型来计算详细的自由能景观的一个完整的周期的DNA“镊子”，一个简单机械驱动的杂交和链置换。
2009-11-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching and twisting of the DNA duplexes in coarse grained dynamical models
提出了三种粗粒度的双链DNA模型，并在机械操作的背景下，如扭曲和各种方案的拉伸进行比较。这些模型的不同之处在于代表每个核苷酸的有效珠粒的数量（在两个和五个之间）。它们都表现出类似的行为，特别是，导致定性与实验和全原子模拟一致的扭矩力相图。
2008-12-31 q-bio.BM
Salt Effects on the Thermodynamics of a Frameshifting RNA Pseudoknot under Tension
由于-1程序性核糖体移码与假结（PK）RNA对力的响应之间的潜在联系，已经对PK进行了许多单分子牵拉实验以破译程序性核糖体移码的机制。部分受这些实验的启发，我们使用RNA的粗粒度模型进行模拟，以描述PK在一定范围的机械力（$f$ s）和单价盐浓度（$C$ s）下的响应。粗粒度模拟定量再现实验中观察到的多步热熔融，从而验证了我们的模型。在模拟中得到的自由能变化与实验非常吻合。通过改变$f$和$C$，我们计算了显示一系列结构转变的相图，填充不同的中间状态。当$f$和$C$发生变化时，茎环三级相互作用首先断裂，然后是$3^{\prime}$末端发夹（$\textrm{I}\rightleftharpoons\textrm{F}$）的解折叠。最后，$5^{\prime}$末端的发夹散开，产生一种延伸状态（$\textrm{E}\rightleftharpoons\textrm{I}$）.对相界的理论分析表明，断裂临界力的尺度为$\left(\log C_{\textrm{m}}\right)^α$ + $α=1\,(0.5)$ + $\textrm{E}\rightleftharpoons\textrm{I}$（$\textrm{I}\rightleftharpoons\textrm{F}$）相变。这种关系被用来获得优先离子-RNA相互作用系数，它可以在单分子实验中定量测量，如以前对DNA…
2016-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Minimal models for proteins and RNA: From folding to function
我们展示了粗粒度（CG）模型在研究蛋白质和RNA的折叠和功能方面的实用性的全景图。主要利用我们小组在过去20年中开发的方法，我们描述了一些关键应用，从二硫键蛋白质的折叠到分子机器的功能。提出的理论基础，证明使用CG模型，我们探讨了生物物理基础的出现有限数量的褶皱从晶格模型。折叠状态的晶格模型模拟方法表明，非本地的相互作用是相关的，只有在早期的折叠过程中-一个发现，合理化的成功，强调本地的相互作用的基于结构的模型。应用非晶格$C_α$和模型，明确考虑侧链（$C_α$-SCM）的折叠$β$-发夹和大分子拥挤的影响进行了简要讨论。通过描述绿色荧光蛋白（GFP）对机械力的响应，成功地应用了一类新的非晶格模型，称为自组织聚合物（SOP）。SOP模型的实用性进一步说明了澄清伴侣GroEL和运动的分子马达驱动蛋白的功能的应用程序。我们还提出了两种不同的RNA模型，即三位点相互作用（TIS）模型和SOP模型，探针迫使简单的发夹和{\it Azoarcus}核酶的解折叠和猝灭重折叠。SOP模型的基础上的预测表明，力诱导的核酶的解折叠途径可以显着改变通过改变加载速率。最后，我们讨论了未来的前景，使用粗粒度模型在解决生物学中的突出兴趣的问题。
2008-08-22 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Coarse-grained Interaction Potentials for Anisotropic Molecules
我们已经提出了一个有效的参数化方法，最近的变种Gay-Berne势的不同和双轴粒子，并证明了它的一组小的有机分子。与先前提出的粗粒度模型相比，新的势在近距离接触和大距离相互作用中表现出优越的性能。通过统计方法研究了热振动和弹性的影响。该研究证明，平均力的潜力是用相同的功能形式表示，扩展这种粗粒度的描述，以更广泛的分子的应用。此外，采用粗粒度的模型截断原子求和与大距离截止的优势进行了简要的研究。
2006-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Coarse-Grained Simulation of DNA using LAMMPS
在过去的十年中，粗粒度的核苷酸模型已经出现，使我们能够在前所未有的时间和长度尺度上研究DNA和RNA。其中之一是oxDNA，一种粗粒度的序列特异性模型，可以捕获DNA的杂交转变以及单链和双链DNA的许多结构特性。oxDNA以前只能作为独立软件使用，但现在已被应用到流行的LAMMPS分子动力学代码中。本文介绍了新的实现，并分析其并行性能。实际应用中提出的重点是单链DNA，一个领域的研究，迄今为止一直在调查。LAMMPS的oxDNA实现大大降低了使用oxDNA模型的进入门槛，促进了未来的代码开发，并与现有的LAMMPS功能以及其他粗粒度和原子DNA模型接口。
2018-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
High-resolution coarse-grained modeling using oriented coarse-grained sites
我们介绍了一种方法，使近原子分辨率的粗粒度模型，我们将该方法应用于蛋白质。使用少量的粗粒度的网站（约每八个原子之一），但分配一个独立的三维取向的每个网站，我们优先整合出刚性的自由度（键长和角度，以及二面角环），准确地近似其平均值，而保留软自由度（不受约束的二面角）主要负责构象的变化。我们证明，我们的计划保留了近原子的分辨率映射到粗粒度配置的蛋白质数据库中的所有实验蛋白质的配置，然后分析映射这些配置回全原子配置。这个往返映射丢弃了与消除的（刚性）自由度相关的所有信息，除了它们的平均值，我们使用它来构造最佳的反向映射函数。尽管自由度的数量减少了4：1，但我们发现，在往返映射过程中，重原子平均仅移动0.051埃，而氢原子平均移动0.179埃，这是粗粒度蛋白质模型中效率和准确性的前所未有的组合。我们讨论了这样一个高分辨率的模型参数化有效的相互作用和准确地计算通过直接或多尺度模拟观测的优势。
2014-09-30 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.BM
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
Machine Learning Coarse-Grained Potentials of Protein Thermodynamics
Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）；Acellera Labs（阿塞莱拉实验室）；Rice University（莱斯大学）；FU Berlin（柏林自由大学）
针对蛋白质动力学理解这一科学难题，本文构建基于人工神经网络和统计力学的粗粒化分子势函数，利用含12种蛋白质约9毫秒全原子模拟的独特数据集训练，模型加速动力学超三个数量级且保留热力学特性，可识别结构状态、整合多蛋白质并捕捉突变体特征，为蛋白质动力学研究提供可行方法。
2022-12-14 cs.LG q-bio.BM
pH-dependent coarse-grained model of peptides
我们提出了第一个，据我们所知，粗粒度建模策略的肽的pH值的变化的影响可以有效地描述。这个想法是基于模拟pH值对主要驱动相互作用的影响。我们使用原子模拟和实验数据库中的参考数据，并根据“跨尺度一致性”的原则将其主要物理特征转换为粗粒度分辨率。通过找到一组参数来细化粗粒度模型，当将这些参数应用于具有不同序列和实验性质的肽时，可以重现参考的实验和原子数据。我们使用这样的参数化模型进行几个数值测试，以检查其可移植到其他系统，并证明相关的建模策略的通用性。我们已经尝试了系统，而不同的pH值变化的反应，表现出非常令人满意的性能的模型。
2013-04-26 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Coarse-grained Modeling of DNA Curvature
DNA-蛋白质相互作用的建模是一个复杂的过程，涉及许多重要的时间和长度尺度。这可以通过使用粗粒度模型来促进，粗粒度模型减少了自由度的数量，并允许有效地探索绑定配置。已知DNA的局部结构可以显著影响其蛋白质结合性质（即DNA-组蛋白复合物中的固有曲率）。在全面的DNA-蛋白质建模的一个步骤中，我们扩展了3SPN.2粗粒度模型，以包括内在的形状，并验证了细化模型对实验数据，包括熔化温度，局部灵活性，持久性长度和小沟宽度轮廓。
2014-04-30 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
