Intermediate State Formation of Topologically Associated Chromatin Domains using Quantum Annealing
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；University of Northern Iowa（北爱荷华大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
利用量子退火模拟表观遗传伊辛模型，高效生成具有拓扑关联结构域特征的染色质构象，揭示一维表观遗传标记与三维折叠的关联机制。
2026-06-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.GN
Insight into the Unwrapping of the Dinucleosome
核小体作为染色质的基本组成部分，其动态变化对真核生物基因组的表达、复制和修复有着重要的影响。除了核小体通过热波动的恒定运动之外，ATP依赖的染色质重塑复合物引起它们的主动位移。在这里，我们提出了一个理论分析的双核体包装和解包动力学在外力的存在下。我们探讨了双核小体在不同解包态下的能量分布和构型。此外，使用动态Monte-Carlo模拟算法，我们展示了系统的动力学特性，如部分和完全包裹过程的解包裹力。此外，我们发现，在短长度的接头DNA（$\sim 10 - 90$ bp），不对称解缠绕发生。这些发现可以为染色质动力学和基因可及性提供一些线索。
2020-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
How enzymatic activity is involved in chromatin organization
染色质的空间组织在基因组调控中起着至关重要的作用。从热力学的角度来看，各种类型的亲和介质和酶被认为是调节染色质空间组织的因素。然而，在机械水平上，酶以其独特的方式起作用。在这里，我们构建了一个聚合物物理模型拓扑异构酶-II，一种酶解决染色质的拓扑约束的机制计划，并调查其作用间期染色质组织。我们的计算机模拟表明拓扑异构酶-II的能力相分离染色质成欧盟和异染色质区域的特征壁状组织的常染色质区域。利用平均场框架，我们认为，由于拓扑异构酶-II的酶活性，常染色质区域相互交叉的能力诱导这种相分离。受最近对eu和异色单元的不同结构状态的实验观察的启发，我们进一步将我们的模型扩展到双分散环境，并表明酶活性驱动的相分离的特征在那里仍然存在。这些特征的存在，即使在非本地化的酶的作用下，突出了酶的活性在染色质组织中的关键作用，并指出沿着这条线进一步实验的重要性。
2021-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
A Polymer Chain with Dipolar Active Forces in Connection to Spatial Organization of Chromatin
活细胞是一个活跃的环境，其中染色质的组织和动力学受到不同形式的活动的影响。光学实验报告，位点显示subdiffusive动态和染色质纤维被认为是连贯的微米级区域。使用一个珠弹簧聚合物链与偶极主动力，我们研究如何亚扩散运动的基因座产生大规模的相干运动的染色质。我们发现，在存在的伸展（收缩）活动，动力学的轨迹增长更快（更慢）和空间相关长度增加（减少）相比，没有偶极力的情况下。因此，这两种偶极作用力都会改变链的弹性。有趣的是，在我们的模型中，这样的偶极主动链的动力学和组织在很大程度上不同于被动链与重整化弹性。
2023-03-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Heterogeneous interactions and polymer entropy decide organization and dynamics of chromatin domains
本文利用实验接触图谱推导染色质片段相互作用强度，模拟人类染色体结构域的三维组织与动力学，揭示异质弱相互作用及聚合物熵对其时空性质、固液特征和环稳定的决定作用。
2022-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Brownian dynamics study of liquid-liquid phase separation in multi-scale chromatin networks
Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究通过布朗运动模拟探讨染色质纤维环境对相分离凝聚体形态和空间组织的影响，揭示多尺度结构异质性如何调控生物分子凝聚体的形成与组织。
2026-05-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase separation in soft repulsive polymer mixtures: foundation and implication for chromatin organization
本文提出一种超粗粒化模型，将聚合物表示为可重叠的介观软珠，基于平均场理论研究均聚物混合物的相分离行为，并与数值模拟对比揭示混溶性相图的普适特征，进而将分析推广到随机共聚物体系，为细胞核内染色质组织提供理论启示。
2024-09-04 cond-mat.soft
Computing 3D chromatin configurations from contact probability maps by Inverse Brownian Dynamics
染色质的三维结构，在几个基因的长度尺度上，在决定染色质的功能状态-可接近性和基因表达量方面至关重要。染色体构象捕获实验的最新进展提供了细胞群中染色质组织的部分信息，即任何片段对之间的接触计数，但不是导致这些接触计数的相互作用强度。然而，给定接触矩阵，确定整个染色质聚合物的完整3D组织是一个逆问题。在目前的工作中，一种新的逆布朗动力学（IBD）方法的基础上的粗粒度珠弹簧链模型已被提出来计算染色质的不同片段之间的最佳相互作用强度，使实验测量的接触计数概率约束得到满足。应用这种方法在两种不同的细胞类型的α-珠蛋白基因座，我们预测的3D组织相应的染色质的活性和抑制状态的基因座。我们发现，该区域的任何两个部分之间的平均距离有一个广泛的分布，不能计算为一个简单的逆关系的基础上的接触概率。多种归一化方法的结果表明，所有可测量的量可能在很大程度上取决于归一化的性质。我们认为，通过实验测量预测量，可以推断出适当的形式的归一化。
2020-02-21 cond-mat.soft
3D polymer simulations of genome organization and transcription across different chromosomes and cell types
本文利用扩散转录因子模型模拟染色质构象与转录，发现可通过结构特性或转录因子数量调控转录活性，并在不同细胞系中验证了模型预测的可靠性。
2022-11-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Epigenetic state encodes locus-specific chromatin mechanics
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究揭示染色质粘弹性由三维基因组结构和表观遗传状态共同决定，提出位点特异性机械特性影响基因调控与细胞机械响应。
2025-12-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Transcription-induced active forces suppress chromatin motion
本研究通过活性共聚物模型揭示，转录产生的主动力在中等强度下通过瞬时无序-有序转变抑制染色质基因座的移动，增强其有序性，为理解转录调控染色质动力学提供了新机制。
2024-01-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
CTCF-mediated transcriptional regulation through cell type-specific chromosome organization in the β-globin locus
尽管染色质在哺乳动物基因调控中具有潜在的作用，但其在活细胞核小体水平之外的结构景观的基本原理仍然很不清楚。我们研究了包含β-珠蛋白基因的人类11号染色体1 Mbp区域的三维折叠，通过将由染色体构象捕获（3C）全面确定的绝缘子蛋白CTCF的成环相互作用整合到染色质的聚合物模型中。我们发现在红系细胞中CTCF介导的细胞类型特异性相互作用被组织成有利于已知在体内发生在β-珠蛋白基因座控制区（LCR）和基因之间的接触。在这些细胞中，模拟的β-珠蛋白结构域折叠成球状，LCR和活性珠蛋白基因位于外周。相比之下，在非红系细胞中，小球不太紧凑，很少但占主导地位的CTCF相互作用驱动基因远离LCR。这导致接触频率的降低，根据染色质的硬度和基因的精确定位，接触频率可以超过1000倍。我们的研究结果表明，CTCF接触的合奏功能影响控制元件和靶基因之间的空间距离，有助于转录所需的染色体组织。
2012-06-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The effect of loops on the mean square displacement of Rouse-model chromatin
针对经典Rouse模型无法解释含环染色质动力学的问题，提出纳入环挤出构型的扩展Rouse模型，发现环会抑制染色质基因座平均MSD并降低拉伸指数，与实验结果一致。
2023-04-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Organization and Dynamics of Chromosomes
本文综述聚合物模型、数据驱动方法与模拟在预测染色体三维结构及解释染色质基因座亚扩散动力学方面的进展与挑战。
2024-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Colocalization of coregulated genes: a steered molecular dynamics study of human chromosome 19
染色质核组织和基因活性之间的联系生动地说明了观察，某些基因的转录协同调节似乎是直接影响他们的空间接近。这一事实提出了一个更普遍的问题，即在一条给定的染色体上共同调节的众多基因，特别是那些基因组距离很远的基因，是否可能在细胞核内变得接近。这个问题在这里研究使用转向分子动力学模拟，以加强共定位的基因丰富的人类19号染色体的模型上的数千个基于知识的基因序列。值得注意的是，发现大多数（~80%）基因对可以同时接触。这是由于染色体内缠结程度低，基因共调控网络中有大量的小集团，即许多基因组都是相互共调控的。模型染色体19的约束构象被进一步显示为在空间宏域中被组织，所述空间宏域与从最近的HiC测量中推断的空间宏域相似。研究结果表明，基因的协同调节和共定位在很大程度上是兼容的，这种关系可以被利用来起草体内染色体的整体空间组织。更普遍的有效性和这些发现的影响，可以通过适用于其他真核细胞染色体的一般和可转移的计算策略介绍这里。
2013-02-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
