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
Differential Crosslinking and Contractile Motors Drive Nuclear Chromatin Compaction
该研究构建拴系于可变形核纤层壳的主动交联聚合物模型，揭示边缘略高的径向交联差异与收缩马达协同驱动基因组分离、异染色质周边压缩及核硬化。
2025-07-23 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
Phase transitions in chromatin: mesoscopic and mean-field approaches
本文用最小物理模型研究染色质中液-液相分离与线团-球体转变的相互作用，发现液滴材料体积分数对聚合物回转半径有非单调影响，并揭示染色质结构域大小与凝聚体蛋白量是调控其凝聚或膨胀的关键参数。
2024-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Counting unlabelled multigraphs with three nodes
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本研究通过计数邻接矩阵，推导出多项式表达式，以高效生成具有三个节点、固定度数的连接、无向且无标号的多重图。
2026-01-19 cond-mat.soft
Nucleosome positioning and energetics: Recent advances in genomic and computational studies
染色质是DNA、RNA和蛋白质的复合物，其主要功能是将基因组DNA包装到细胞核的紧密范围内。染色质的基本重复单位是核小体，核小体是组蛋白的八聚体，147个碱基对的DNA以几乎两圈的左旋超螺旋缠绕在核小体周围。染色质是一种动态结构，对基因表达和其他细胞功能的调节有着深远的影响。通过优化整个基因组的核小体位置以及通过响应各种外部和内部信号（例如环境扰动）重塑核小体来促进这些染色质指导的过程。在这里，我们讨论了大规模的地图，核小体的立场，通过最近的进展，并行高通量测序和微阵列技术。我们表明，这些地图揭示了核小体组织在真核生物基因组的共同特点。我们还调查了计算模型，旨在预测核小体形成分数或能量，并展示了如何这些预测可以用来定位多个核小体的基因组上没有空间重叠。
2009-12-20 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.GN
Salt Modulated Structure of Polyelectrolyte-Macroion Complex Fibers
采用链-球胞模型，在基态水平上研究了单根半柔性长链（PE）与多个带相反电荷的球形大离子络合形成的强电荷络合纤维的结构和稳定性.该模型考虑到链弹性以及带电球和链段之间的静电相互作用。使用基于周期性重复的单胞的数值优化方法，我们获得了使总能量最小化的纤维配置。最佳的配置表现出各种螺旋结构的大离子的安排，包括锯齿形，螺线管和串珠串模式。这些结构是由球体之间的吸引力和PE链之间的竞争决定的（这有利于链围绕球体缠绕）、链弯曲和链段之间的静电排斥（这有利于链的解缠），以及相邻球-链复合物之间的相互作用，其可以是吸引的或排斥的，这取决于系统参数，例如中等盐浓度，每个大离子的大离子电荷和链长（连接基大小）。在约生理盐浓度，密集的锯齿形图案被发现是能量上最稳定的参数时，适当的DNA-组蛋白系统在染色质纤维。事实上，发现在该方案中预测的纤维直径为约30 nm，这似乎与在染色质的体外实验中观察到的厚度一致。我们还发现每11nm有5-6个大离子密度，这与染色质的锯齿形或交联模型一致。由于我们的研究主要涉及一个通用的模型，这些研究结果表明，染色质样结构也应该观察到PE-大离子复合物形成的DNA和合成的纳米胶体的相反电荷的解决方案。
2011-01-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Active diffusing crystals in a 2D non-equilibrium system
Rutgers University–New Brunswick（罗格斯大学新不伦瑞克分校）；Johannes Gutenberg University - Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Technion-IIT（以色列理工学院）；New York University（纽约大学）
该研究揭示了二维非平衡系统中活性扩散晶体的相变行为，通过控制排斥力参数ε实现自组织，展示了从有序晶体到无序液体的相变过程。
2025-12-22 cond-mat.soft
Hierarchical organization of chiral rafts in colloidal membranes
液-液相分离普遍存在于纳米颗粒、蛋白质和胶体的悬浮液中。除了少数显著的例外，在散装悬浮液中的表面张力最小化的液滴连续聚结，尺寸无限制地增加，直到实现宏观尺度的相分离。相比之下，胶体、纳米颗粒或蛋白质局限于界面、表面或膜的相行为要复杂得多。夹杂物扭曲了局部界面结构，导致与各向同性溶剂介导的充分研究的相互作用根本不同的相互作用。在这里，我们研究液-液相分离单层膜组成的不同手性胶体棒。我们证明了胶体筏是一个普遍存在的二元胶体膜的功能。我们测量筏自由能景观可视化其组装动力学。随后，我们量化排斥筏筏相互作用，并将它们直接成像筏引起的膜扭曲，表明粒子手性在这种微相分离中起着关键作用。在高密度下，筏组装成簇晶体，不断与背景水库交换单体棒，以保持自限的大小。最后，我们证明了筏可以形成键组装成更高阶的超结构。我们的工作表明，膜介导的液-液相分离可以从根本上不同于大量液体的良好表征的行为。它概述了一个强大的膜为基础的途径组装单分散液团簇，这是补充现有的方法发生在散装悬浮液。最后，它揭示了手性夹杂物在膜获得长程排斥相互作用，这可能会发挥作用，在稳定组装的有限大小。
2014-09-09 cond-mat.soft
The role of polymer architecture in the entropy driven segregation and spatial organization of bacterial chromosomes
限制条件下DNA环聚合物之间的熵排斥是控制细菌染色体空间分离的关键机制，尽管蛋白质如何帮助熵分离的过程仍然不完全清楚。在这里，我们建立了一个改性环聚合物结构内的“内部”循环增强了两个重叠的聚合物之间的熵排斥限制在一个圆柱体。此外，它还诱导聚合物链段的熵驱动的空间组织，如在体内所见。为此，我们在模拟中设计了不同结构的聚合物，通过沿链轮廓在特定单体之间引入最小数量的交联。这有助于我们确定导致空间重叠聚合物更快分离以及特定聚合物链段定位的潜在机制。在我们的模拟中，通过频繁释放拓扑约束来辅助观察到的重叠聚合物的分离动力学，通过允许链以规则的间隔交叉来实现。此外，我们比较了自避免聚合物的分离动力学时间尺度，从而突出了拓扑异构酶在允许DNA链偶尔通过彼此的生物系统中的意义。我们使用的斑点模型，以提供一个理论上的理解，为什么或如何某些架构导致增强的熵之间的排斥力的循环，这反过来又导致了在封闭的环境中相对于彼此的段的位置组织。最后，我们建立了一个对应的C.crescentus细菌物种和我们的结果为一个特定的聚合物架构。
2021-12-22 cond-mat.soft
Organization of strongly interacting directed polymer liquids in the presence of stringent constraints
研究了不可穿透障碍物对强排斥定向聚合物的能量和平衡结构的影响。作为一个结果的强相互作用，严重的聚合物耗尽和过剩的区域被发现在附近的障碍，和相关的自由能成本被发现与平均聚合物密度的平方缩放。聚合物-聚合物的相互作用是通过一系列的转换占：从3D线液体到玻色粒子的2D流体到2D复合费米子流体，最后到2D单组分等离子体。本文的结果适用于由不相交有向直线组成的一系列系统。
2013-08-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Complex free energy landscapes in biaxial nematics and role of repulsive interactions : A Wang - Landau study
一般二次哈密顿模型，描述晶体分子之间的相互作用（通常与$D_{2h}$对称性）考虑到它们的单轴和双轴张量之间的耦合。虽然参与分子的相似张量之间的相互作用所产生的吸引力贡献提供了在适当的低温下相应阶数的最终缩合，但不同张量之间的交叉耦合的作用尚未完全理解。我们最近的研究与先进的Monte Carlo技术（熵采样）清楚地表明，这种交叉项在确定相图的相关性越来越大，违反在某些区域的模型参数空间，平均场论和标准蒙特卡罗模拟结果的预测。在这种情况下，我们研究了相图和其中的相位的性质，在参数空间中的两个轨迹：一个是线的内部区域的双轴稳定性被认为是代表的真实系统，第二个是广泛研究的抛物线路径从伦敦色散近似。在这两种情况下，我们发现增加交叉耦合相互作用，这总是导致在形成局部双轴组织不均匀分布的不稳定效应。这表现为一个小的，但无误的，在单轴phase.The自由能分布计算在本研究中作为两个占主导地位的序参量的函数的双轴顺序的贡献表示复杂的景观，反映了在实验室中的双轴相的准备实现的困难。
2017-06-15 cond-mat.soft
The effect of configurational complexity in heteropolymers on the coil-globule phase-transition
本文研究了杂聚物链的线团-小球转变。通过广泛的分子动力学模拟，我们表明，过渡直接链接到链的复杂性，这取决于在环境中定义的化学物种的数量和沿聚合物的结合位点的位置。此外，当物种的数量增加时，我们发现，结合位点的分布在触发过渡中起着重要的作用，超出了聚合物模型的标准控制参数，即结合剂浓度和结合亲和力。总体而言，我们的研究结果表明，通过增加系统的复杂性，新的组织层出现，从而允许更结构化的控制聚合物的热力学状态。这可以潜在地应用于染色质结构的研究，因为这样的聚合物模型已被广泛用于理解基因组折叠的分子机制。
2022-09-04 cond-mat.soft q-bio.BM
Magnetic Polymer Models for Epigenetics-Driven Chromosome Folding
表观遗传学是自然界中重要和普遍存在的现象，如细胞分化甚至变态的驱动力。与表观遗传学的广泛作用不同，理解表观遗传学控制和重新连接基因调控网络的生物物理学原理仍然是一个开放的挑战。在这项工作中，我们研究了表观遗传修饰对染色体空间折叠的影响-因此对潜在基因的表达-通过将问题映射到一类称为磁性聚合物的模型。在这项工作中，我们表明，一阶相变的基础上同时传播的某些表观遗传标记和构象崩溃的染色体。此外，我们描述了布朗动力学模拟的模型，其中的聚合物和热波动的拓扑结构被充分考虑，并证实了我们的平均场预测。扩展我们的模型，使非平衡项产生新的稳定相，定性同意在体内的观察。我们的研究结果表明，应用于磁性聚合物模型的统计力学技术可以成功地利用合理化的实验结果，旨在探索动态表观遗传景观和染色质组织之间的相互作用。
2019-11-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropic organization of topologically modified ring polymers in spherical confinement
Indian Institute of Science Education and Research, Pune（印度科学教育研究所浦那分校）；Indian Institute of Science Education and Research, Berhampur（印度科学教育研究所布兰普尔分校）
研究通过引入拓扑修饰观察环状聚合物在球形约束中的自组织现象，发现单个环状聚合物中大环更靠近球壁，而多个环状聚合物时小环更靠近球壁，拓扑修饰影响聚合物的熵驱动组织。
2025-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Contact Forces in Motility-Regulated Active Matter
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Geneva（日内瓦大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；University of Oxford（牛津大学）
本文研究了短程排斥力在运动性调控活性物质中的作用，发现其在吸收相变中阻碍凝聚并稳定相共存，但在液-气共存中反直觉地增加液相密度。
2026-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Wetting-coupled phase separation as an energetic mechanism for active bacterial adhesion
Advanced Materials Thrust, Function Hub, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州）功能枢纽先进材料交叉中心）；Institute of Chinese Medical Sciences & State Key Laboratory of Mechanism and Quality of Chinese Medicine, University of Macau（澳门大学中国医药研究国家重点实验室及中医药研究所）；Department of Pharmaceutical Sciences, Faculty of Health Sciences, University of Macau（澳门大学健康科学学院药学系）；Zhuhai UM Science and Technology Research Institute, University of Macau（澳门大学珠海科学技术研究院）；Platform for Structure and Functional Technology of Neural Network, Guangdong Institute of Intelligence Science and Technology（广东省智能科学技术研究院神经网络结构与功能技术平台）
本研究通过实验和模拟揭示了润湿耦合液-液相分离作为活性细菌附着能量机制的作用，阐明了细菌运动在不同相体积分数下的双重影响。
2026-01-11 cond-mat.soft
