Characterizing the bending and flexibility induced by bulges in DNA duplexes
DNA纳米技术的进步刺激了对可用于控制DNA纳米结构性质的简单基序的搜索。一个这样的基序，其已被广泛用于结构，如多面体笼，二维阵列，和带，是一个凸起的双链体，这是两个螺旋段连接在一个凸起环。我们使用一个粗粒度的DNA模型来描述这种凸出的双链体。我们发现，这种基序可以采用属于两个主要类别的结构：一个是在系统中心的螺旋堆叠被保留，几何形状大致是直的，凸起在双链体的一侧，另一个是在中心的堆叠被打破，从而允许这个连接作为铰链，增加灵活性。小环有利于保持双链体中心堆叠的状态，环碱基翻转或并入双链体。具有较长环的双链体显示出更多的倾向于在凸起处解堆叠并采用开放结构。然而，当单链DNA的刚性很大并且环能抵抗压缩时，对于中间长度的环，解堆积的概率最高。这种基本结构基序的性质与某些纳米级物体的结构行为明显相关，其中与较大凸起相关的增强的柔性已用于调整自组装产物以及所得纳米结构的详细几何形状。
2014-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Flexibility of short DNA helices under mechanical stretching
本文用哈密顿模型研究了DNA短片段的柔性，该模型在碱基对水平上考虑了链间和链内力。通过计算分子轴上相邻碱基对之间的平均弯曲角，得到了一组均匀螺旋对外力的弹性响应。系综平均进行了超过室温平衡分布的碱基对分离和弯曲波动。的端到端的距离和持久性长度的分析表明，即使是短序列小于$100$碱基对保持一个显着的bendability归因于热波动的影响和扭结与大的弯曲角度。离散模型和蠕虫状链模型的结果之间的差异进行检查，指出后者的不足之处短长度尺度。
2016-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
On the Role of Flexibility in Linker-Mediated DNA Hydrogels
三维DNA网络，由三价或更高价的nanostars与粘性，单链DNA悬突，先前已经研究了设计热响应，粘弹性水凝胶的背景下。在这项工作中，我们使用接头介导的凝胶，其中两个三价nanostars的粘性末端通过线性DNA双链体的互补粘性末端连接。我们可以通过引入柔性的、非约束性的基底将这种连接设计成刚性的或柔性的。由这些非结合性基质提供的额外柔韧性影响在低温下形成的增稠凝胶的有效弹性。在这里，我们表明，通过选择正确的长度的线性双链体和非约束性的柔性关节，我们获得了一个完全不同的相位行为观察到的刚性接头。特别地，我们使用动态光散射作为微观流变学工具来监测具有线性连接器的DNA纳米星的自组装作为温度的函数。虽然我们在使用刚性连接体时观察到经典的凝胶化，但柔性接头的存在导致具有降低的粘度的簇流体。使用oxDNA模型和粗粒度模拟来研究nanostar-linker拓扑结构，我们假设了DNA簇形成的可能结构。
2019-09-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bending short DNAs as transversely isotropic rings in series
本文提出将短 DNA 的基因序列基本特征建模为一系列横观各向同性环，以解释其异常持久长度与高柔性，并表明考虑剪切的 Timoshenko 梁理论可有效描述其弯曲行为。
2023-11-06 physics.bio-ph
Short DNA persistence length in a mesoscopic helical model
通过计算二聚体之间的平均关联函数来研究短DNA链的柔性，该函数定义了持久长度。路径积分技术已被应用到限制相空间可用于碱基对波动，并推导出配分函数。一组短链的表观持续长度已被计算为扭曲构象的函数在过扭曲和无扭曲的制度，从而平衡扭曲自由能最小化选择。所获得的值显着低于那些通常归因于千碱基长的DNA。这表明，在短的长度尺度，从大的波动效应和局部弯曲所产生的内在螺旋的灵活性，符合最近的实验迹象。螺旋解旋和持久性长度之间的相互作用已被讨论了一个异质片段的序列特异性通过非线性堆积电位的影响进行权衡。
2018-09-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Probing the microscopic structure and flexibility of oxidized DNA by molecular simulations
DNA的氧化损伤是分子生物物理学中的一个引人注目的问题，因为它在基因表达的表观遗传控制中起着至关重要的作用，并且被认为与诱变、致癌和衰老有关。为了了解DNA的物理性质的微观结构的变化及其对功能的影响，由于其核苷酸碱基的氧化损伤，我们进行了全原子分子动力学模拟的双链DNA（dsDNA）的鸟嘌呤碱基被氧化。鸟嘌呤碱基的氧化还原电位是所有碱基中最低的，因此更容易受到氧化损伤。我们分析了本地以及全球的本地和氧化的dsDNA的力学性能，并解释了微观结构参数和热力学计算的结果。我们的研究结果表明，氧化损伤的dsDNA不变形的沃森-克里克几何，相反，氧化的DNA结构被发现是更好地通过静电相互作用稳定。此外，氧化损伤改变了双链DNA的机械、螺旋和沟槽参数。天然双链DNA的持久长度、拉伸模量和扭转刚度分别为48.87 nm、1239.26 pN和477.30 pN.nm^2，而当双链DNA的所有鸟嘌呤碱基都被氧化时，这些值分别为61.31 nm、659.91 pN和407.79 pN.nm^2。与整体力学性能相比，发现螺旋和凹槽性能的变化更为突出，集中在局部氧化位点，并导致氧化损伤区域的骨架构象从BI转变为BII。
2022-10-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
End-to-end distance and contour length distribution functions of DNA helices
我们提出了一种计算方法来评估端到端和轮廓长度分布函数的短DNA分子所描述的介观哈密顿量。该方法生成一个大的统计合奏的序列中的每个二聚体的可能的配置，选择全球平衡扭曲构象的分子，并确定沿分子骨架的平均碱基对距离。整合的碱基对的径向和角度的波动，我们得出的室温分布函数作为序列长度的函数。最可能的端到端的距离和轮廓长度距离，提供了一个全球分子大小的措施，所获得的值被用来检查在短的长度尺度的DNA的灵活性。据发现，也在分子小于$\sim 60$碱基对，卷曲的配置保持一个大的统计权重，一贯的，持久性长度可能比在千碱基DNA小得多。
2018-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exploring the benefits of DNA-target search with antenna
本文提出两个数学框架研究蛋白质在DNA上寻找短调控序列的搜索问题，推导了最优解离速率公式，并发现单天线上目标通量的非平凡对数修正。
2024-04-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Entropic Penalties in Circular DNA Assembly
采用一种新的路径积分计算方法，在实空间中处理稳定分子的基本力，研究了DNA环状分子的热力学性质。通过模拟一个广泛的扭曲构象合奏的碱基对和堆叠贡献的经典行动分别进行评估。我们得到，对于两个短序列，一个自由能景观与多个井对应的最方便的螺旋重复的值。我们的研究结果指出了一个固有的灵活性的圆形结构中的碱基对波动移动系统从一个井到下一个，从而导致当地的螺旋解旋。后者在较短的序列中更明显，其环化导致更高的弯曲应力。与形成的有序螺旋结构的熵减少估计。
2014-11-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Unraveling the Allosteric Mechanism and Mechanical Stability of Partial and Complete Loss-of-Function Mutations in p53 DNA-Binding Domain
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Faculty of Arts and Sciences, Beijing Normal University at Zhuhai（北京师范大学珠海校区文理学院）
本研究通过构建p53二聚体-DNA复合物，揭示了非热点突变和热点突变在p53DNA结合域的别构机制及机械稳定性差异，发现E180R突变对二聚体稳定性影响最大。
2026-01-16 physics.bio-ph
Sequence-dependent thermodynamics of a coarse-grained DNA model
我们引入了一个粗粒度DNA模型的序列依赖参数化[T。E. Ouldridge，A. A.路易斯和J.P.K. Doye，J.Chem.Phys.134，085101（2011）]，最初设计用于再现具有平均序列的DNA分子的性质。新的参数化引入了序列依赖性堆叠和碱基配对的相互作用强度，选择重现短双链体的解链温度。通过开发直方图重新加权技术，我们能够将我们的参数拟合到数千个序列的解链温度。为了证明该模型的灵活性，我们研究了序列对以下各项的影响：（a）单链的非均质堆叠转变，（b）双链体在其熔点磨损的倾向，（c）堆叠强度的影响环中发夹的熔化温度，（d）单链的力延伸性质和（e）接吻环复合物的结构。在可能的情况下，我们比较我们的结果与实验数据，并找到一个很好的协议。一个名为oxDNA的模拟代码，实现了我们的模型，可以作为免费软件使用。
2012-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Which way up? Recognition of homologous DNA segments in parallel and antiparallel alignment
DNA间同源基因改组促进了遗传多样性，是DNA修复的重要途径。要做到这一点，同源基因需要找到并识别彼此。然而，尽管它在同源重组中的核心作用，同源识别的机制仍然是一个未解决的难题。虽然已知特定蛋白质在重组的后期阶段起作用，但已经提出了初始粗粒识别步骤。这依赖于DNA结构参数的序列依赖性，例如由分子间相互作用，特别是静电相互作用介导的扭曲和上升。在这种机制中，具有相同碱基对文本或同源的序列比具有不相关碱基对文本的序列具有更低的相互作用能量;差异称为识别能量。在这里，我们探测如何识别能量变化时，一个DNA片段幻灯片过去的另一个，并考虑，第一次，在反平行对齐同源序列。这种对滑动的依赖性被称为识别井。我们发现，有反平行的，同源的DNA道的识别，但只有一个非常浅的，使它们的相互作用将不同的两个非同源的道之间的相互作用。这一事实可以用于专门针对测试理论的单分子实验。以及这一点，我们测试以前的理论近似计算的识别以及对MC模拟平行分子，并考虑更严格的优化的片段的方向约其长轴。当分子被认为是刚性的时，更严格的处理对识别能的影响较小。然而，当扭转柔性的DNA分子的介绍，我们发现很好的协议之间的解析近似和模拟。
2014-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Modelling Protein Target-Search in Human Chromosomes
当关键蛋白质识别并结合短DNA序列时，细胞中的几个过程，如基因调控，就开始了。然而，由于这些序列可能比基因组短数亿倍，因此很难通过简单的扩散找到它们：扩散限制的结合率可能会低估$in~vitro$测量值达几个数量级。此外，如果DNA是卷曲的而不是直的，则速率增加。在这里，我们模拟了$in~vivo$在哺乳动物细胞中的工作原理。我们使用染色质染色质接触数据从国家的最先进的Hi-C实验映射到网络问题的蛋白质目标搜索。节点表示DNA片段，并且链接的权重与测量的接触概率成比例。然后，我们提出了一个主方程的密度搜索蛋白质，使我们能够计算整个基因组的关联率分析。对于比率高的片段，我们发现它们富含活性基因并且具有高RNA表达水平。本文提出，DNA的三维构象是重要的蛋白质搜索时间$in~vivo$，并提供了一种方法来解释蛋白质结合的档案，在真核生物中，不能解释的DNA序列本身。
2019-09-19 physics.bio-ph q-bio.SC
Statistical Approach to Gene Evolution
编码DNA序列的进化为密码子单词带来了新的灵活性和自由，即使潜在的核苷酸变得非常有序。这些奇怪的基因组织的矛盾规则是从单词的分布和核苷酸字母的二阶矩中观察到的。这些统计数据为我们提供了细菌分类背后的物理学原理。
2001-02-14 physics.bio-ph physics.data-an q-bio
Modelling chromosome-wide target search
本文提出跨尺度计算框架结合促进扩散与网络模型，利用Hi-C数据及百种转录因子结合谱，发现染色体3D结构能引导转录因子至相关DNA区域以优化搜索时间。
2022-11-08 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
