Comment on "Can one predict DNA Transcription Start Sites by Studying Bubbles?"
C. H. Choi, A. Usheva, G. Kalosakas, K. O. Rasmussen, A. R. Bishop
关于T. S van Erp，S. Cuesta-Lopez，J. G. Hagmann和M. Peyrard，Phys. Rev. Lett. 95，218104（2005）[arXiv：physics/0508094].
Comment on T.S. van Erp, S. Cuesta-Lopez, J.-G. Hagmann, and M. Peyrard, Phys. Rev. Lett. 95, 218104 (2005) [arXiv: physics/0508094].
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Structurally specific thermal fluctuations identify functional sites for DNA transcription
我们报告的结果表明，热诱导的双链DNA的开口与功能相关的转录位点的位置相一致。研究病毒和细菌DNA基因启动子片段，我们发现最可能的开放发生在转录起始位点。较小的开口似乎与其他监管场所有关。我们的研究结果表明，相干的热波动在转录的启动中起着重要的作用。动力学的基本要素，除了序列特异性，是非线性和熵，由本地碱基对的约束。
DNA looping and physical constraints on transcription regulation
DNA环参与转录调控，例如，通过允许远端结合位点协同作用。在这里，我们研究这一过程，并比较不同的调控机制的基础上镇压和不循环。在一个简单的数学模型的乳糖操纵子，我们表明，调控的基础上DNA循环，除了增加镇压水平，可以减少转录的波动，并在同一时间，降低的敏感性变化的调节蛋白的数量。因此，成环能够规避仅基于与单个操纵基因位点结合的机制所固有的一些限制，并提供了一种不仅调节转录的平均性质而且调节其波动的机制。
Theoretical model of transcription based on torsional mechanics of DNA template
转录是基因表达的第一步，其中特定的DNA片段通过RNA聚合酶（RNAP）复制为RNA。尽管DNA和RNA合成之间的复杂相互作用的许多细节在实验中被揭示，但转录的许多物理行为仍然是未知的。理解DNA和RNAP及其新生RNA和RNA结合蛋白在转录中的扭转力学可能是破译基因表达机制的第一步。基于RNA合成过程中的粘滞阻力与超螺旋DNA模板产生的扭矩之间的平衡，提出了一个简单的模型来描述转录过程中的力学性质。利用该模型，详细讨论了未转录DNA模板的旋转和超螺旋密度。两个特殊的情况下，转录被认为是，转录与恒定速度和转录与扭矩依赖的速度。我们的研究结果表明，在转录的初始阶段，旋转起源于DNA模板的转录部分主要是通过RNAP合成的旋转释放。在中间阶段，旋转通常由DNA模板的非转录部分的超螺旋和RNAP合成的旋转释放，比例取决于环境中的摩擦系数和新生RNA的长度。然而，随着未转录的DNA模板的扭曲接近上限，由转录引起的旋转将主要通过RNAP合成的旋转来释放。
DNA looping in gene regulation: from the assembly of macromolecular complexes to the control of transcriptional noise
由结合在远端DNA位点的蛋白质和蛋白质复合物形成的DNA环在许多细胞过程中起中心作用，例如转录、重组和复制。在这里，我们回顾了基本的热力学概念的大分子复合物的组装成环的DNA和这个过程中的基因调控的性能的影响。除了传统观点认为DNA成环是一种增加调控分子对其同源位点亲和力的机制之外，最近的发展表明DNA成环还可以导致细胞间变异性的抑制、转录噪音的控制以及按需激活合作相互作用。
Modulation of DNA rheology by a transcription factor that forms aging microgels
研究发现转录因子NANOG通过形成衰老微凝胶结构调节DNA流变学，从而影响基因表达的非传统方式。
Can one predict DNA Transcription Start Sites by studying bubbles?
据推测，由于热波动而形成的几个碱基对的气泡是生物活性位点的指示。最近的证据，基于实验和分子动力学（MD）模拟使用Peyrard-Bishop-Dauxois模型，似乎指向这个方向。然而，足够大的气泡很少出现，这使得即使对于极小模型也难以精确计算。在这封信中，我们介绍了一种新的方法，是数量级快于MD。使用这种方法，我们表明，目前的证据是未经证实的。
Transcription and the Pitch Angle of DNA
从转录的几何分析的角度访问的DNA的螺距角的值的问题。这表明，为了使转录成为可能，B-DNA的螺距角必须小于零扭转角。在零扭转角的双螺旋最大限度地旋转，其应变扭转耦合消失。基于微分几何的B-DNA的俯仰角的数值估计与从现有的经验数据中获得的数字进行比较。晶体学研究表明螺距角约为38 °，小于41.8 °的相应零扭转角，这与所建议的转录原则一致。
Control of DNA denaturation bubble nucleation to advance nano-biosensing
在要求苛刻的生物传感环境中，提高选择效率策略已成为一个具有重要意义的问题。含有200至400个碱基对的DNA微环，也称为microDNA，是自然界中发现的超螺旋DNA环的代表。它们的短尺寸使它们非常容易扭动和扭曲，这是已知的在DNA变性中起核心作用。我们研究微环长度和超螺旋密度，诱导DNA变性气泡的纳米尺寸和控制定义明确的长寿命。介观建模和加速动力学模拟使我们能够准确地研究与长寿命变性气泡的成核和闭合机制相关的热力学和动力学性质。我们的研究结果为新型的DNA生物传感器铺平了道路，对特定的DNA结合蛋白具有更高的选择性。
Decreasing nuclear volume concentrates DNA and enforces transcription factor-chromatin associations during Zebrafish genome activation
合子基因组激活（Zygotic genome activation，ZGA）是斑马鱼胚胎在细胞分裂10次后，在最初的静止期后开始转录的过程，是许多物种发育过程中的一个重要步骤。转录因子-染色质相互作用在早期发育过程中如何演变以支持ZGA在很大程度上是未知的。我们建立了单分子跟踪活发育斑马鱼胚胎使用反射光片显微镜可视化的一般转录因子TATA结合蛋白（TBP），并开发了一种新的数据采集和分析方案，以提取在快速细胞周期的动力学信息。TBP的染色质结合部分在早期发育过程中增加，与增加的转录活性相容。通过量化TBP和DNA浓度及其结合动力学，我们设计了一个物理模型，说明在早期发育过程中减少的核体积如何增强TBP-染色质协会。我们的单分子数据表明，缩小的细胞核是斑马鱼胚胎中ZGA的主要驱动力和计时器。
Accurate prediction of gene expression by integration of DNA sequence statistics with detailed modeling of transcription regulation
基因调控涉及从特异性蛋白质-DNA相互作用到核蛋白复合物的组合装配的事件的层次结构。DNA序列对这些过程的影响通常是基于其与单结构域结合自由能的定量联系或基于结合不同DNA基序以在基因组尺度上预测基因表达趋势的经验规则来研究的。然而，在数量上连接这两个极端的中间点方法在很大程度上仍未得到探索。在这里，我们提供了一个综合的方法来准确预测基因表达的统计序列信息结合详细的生物物理模型的转录调控多域结合多个DNA位点。对于典型的乳糖操纵子的调节，这种方法预测在0.3倍的准确度内转录活性超过10，000倍的范围从DNA序列统计不同的细胞内条件。
Transcription-driven DNA Supercoiling: Non-Equilibrium Dynamics and Action-at-a-distance
本文通过单核苷酸分辨率粗粒化模型的布朗动力学模拟，研究转录对DNA超螺旋动力学的影响，发现转录产生的双超螺旋结构域具有不对称性，并导致对DNA结合蛋白的“超距作用”，同时揭示了扭曲扩散与扭曲弛豫之间存在显著的时间尺度分离。
Bubble statistics and positioning in superhelically stressed DNA
我们提出了一个研究超螺旋应力下双链DNA热力学变性的一般框架。我们报告计算的位置和大小依赖的开放概率泡沫沿序列。我们的结果是从转移矩阵解的Zimm-Bragg模型的无约束DNA和自洽线性化的Benham模型的超螺旋DNA。我们的方法的数值效率允许分析整个基因组和相应长度的随机序列（$10^6-10^9$碱基对）。我们发现，在生理条件下，开放的超螺旋DNA是强烈的合作与平均气泡大小的$10^2-10^3$碱基对（bp），和数量级高于无约束的DNA。在非均质序列中，碱基对开放的平均程度是自平均的，而泡定位和统计则由序列无序支配。与具有相同GC含量的随机序列相比，基因组DNA在超螺旋应力下打开大气泡的概率显著增加。这些气泡通常直接位于转录起始位点的上游。
How the DNA sequence affects the Hill curve of transcriptional response
希尔系数通常被用作结合过程的协同性的直接度量。它是探测许多生物化学系统中反应性质的重要工具。在这里，我们分析了现有的实验数据，并证明希尔系数表征转录因子的同源位点的结合实际上可以大于一个-标准的指示cooperativity -即使在没有任何标准的合作结合机制。通过分析研究的问题，我们表明，这种效果的发生是由于无序的结合能的转录因子的DNA分子和转录因子的不同副本之间的空间相互作用。我们发现，增强希尔系数意味着一个显着减少的转录因子的拷贝数，这是需要占据一个同源位点，在许多情况下，可以解释现有的估计细胞中的转录因子的数量。该机制具有普遍性，也适用于其他生物识别过程。
Predicting variation of DNA shape preferences in protein-DNA interaction in cancer cells with a new biophysical model
DNA形状读出是转录因子识别靶位点的一个重要机制。近年来，人们发展了几种考虑DNA形状的转录因子-DNA结合模型。本文提出了一种新的基于相邻二核苷酸依赖模型BayesPI 2的考虑DNA形状特征的蛋白质-DNA相互作用的生物物理模型。新模型的参数被限制在由2聚体DNA形状特征跨越的子空间中，这允许将新参数解释为对某些特征值的位置依赖性偏好的生物物理解释。使用新的模型，我们探讨了DNA形状偏好的变化，在几个转录因子跨癌细胞系和细胞条件。我们发现了用类固醇处理后MCF 7细胞中FOXA 1结合位点的DNA形状变化的证据。新模型对于阐明转录因子-DNA相互作用的更精细细节是有用的。它可以用于改善未来癌症突变效应的预测。
Physical limits on cooperative protein-DNA binding and the kinetics of combinatorial transcription regulation
在基因调控中观察到的许多复杂性起源于协同的蛋白质-DNA结合。虽然对蛋白质在DNA上的特异性结合位点的靶向搜索的研究已经揭示了蛋白质-DNA相互作用的定量特征的设计原理，但是对于DNA-结合蛋白质之间的协同相互作用还没有这样的原理。我们考虑一个简单的理论模型，两个相互作用的转录因子（TF）的物种，搜索和结合到两个相邻的靶位点隐藏在基因组背景。我们研究了二聚体搜索途径和单体搜索途径的动力学竞争，以及在广泛的TF-TF相互作用强度范围内由两个TF介导的稳态调节功能。使用转录AND逻辑作为示例性的功能背景下，我们确定的相互作用的功能理想的制度。我们发现，弱和非常强的TF-TF相互作用是有利的，虽然有不同的特点。然而，也有一个不利的制度，中间的相互作用，遗传反应是非常缓慢的。
Bubble relaxation dynamics in homopolymer DNA sequences
了解DNA中大气泡的固有时间尺度对于彻底理解其物理化学特性以及它们对螺旋打开和生物功能的潜在作用至关重要。在这项工作中，我们采用粗粒度的Peyrard-Bishop-Dauxois模型的DNA均聚物DNA中的大气泡的弛豫动力学研究，使用模拟到微秒的时间尺度。通过研究插入到热DNA分子中的相对较大的气泡的能量自相关函数，我们从腺嘌呤-胸腺嘧啶（AT）和鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）均聚物的平衡过程中提取特征弛豫时间。不同的振幅和宽度的气泡进行了调查，通过广泛的统计和适当的拟合，他们的放松。特征弛豫时间随气泡高度和宽度的增加而增加。我们表明，在该模型中，弛豫时间是两个数量级的GC序列比AT序列。总的来说，我们的研究结果证实，大气泡对分子的动力学产生持久的影响，时间在0.4- 200 ns之间，取决于均聚物类型和气泡形状，从而明显影响分子的长期演变。
Physical Constraints and Functional Characteristics of Transcription Factor-DNA Interaction
我们研究了细菌中转录因子-DNA相互作用的理论“设计原理”，特别关注转录因子（TF）与基因组背景（即，没有靶位点的基因组）。我们引入并激发了“可编程性”的概念，即仅仅通过突变靶位点的结合序列来在宽范围内设置TF结合的阈值浓度的能力。这一功能需求，连同TF-DNA相互作用的热力学和动力学所产生的物理约束，使我们的“最佳”相互作用参数的范围很窄。我们发现，这个参数集与一些示例性原核TF的相互作用参数的实验数据吻合得很好。这表明TF-DNA相互作用确实是可编程的。我们建议进一步的实验来测试这是否是一个大类TF的一般功能。
Lengthscales and Cooperativity in DNA Bubble Formation
不同大小的热激活DNA气泡似乎在重要的遗传过程中发挥着核心作用。在这里，我们表明，这种泡沫的形成的概率是由软AT对在特定区域的长度，在生理温度下的顺序（但不等于）的大小的泡沫的数量。分析是基于Peyrard-Bishop-Dauxois模型，其平衡统计性质已在这里准确计算的传递积分方法。
Theory on the mechanism of rapid binding of transcription factor proteins at specific-sites on DNA
我们开发了修改后的理论思想的机制，转录因子蛋白质定位其特异性结合位点的DNA速度比三维（3D）扩散控制的速率限制。我们证明，3D扩散控制的速率限制可以增强时，蛋白质分子读取几个可能的结合延伸的模板DNA通过一维（1D）扩散后，每个3D扩散介导的碰撞或非特异性结合事件。位点特异性结合速率的总体增强与蛋白质分子沿DNA的1D扩散相关的最大可能滑动长度（LA，（6Do/kr）的平方根，其中Do是1D扩散系数，kr是与非特异性DNA-蛋白质复合物相关的解离速率常数）成正比。在考虑了几种可能的机制后，我们发现DNA结合蛋白可以通过以循环方式切换其DNA结合结构域的快速移动、缓慢移动和读取状态来有效地定位其在DNA上的同源位点。无论机制的类型的整体速率增强因子渐近接近一个极限值，这是直接成比例的LA作为总长度的DNA，包含同源位点的增加。这些结果与体外实验观察结果一致。
Localization of Denaturation Bubbles in Random DNA Sequences
我们研究了长的、拉伸的DNA随机序列中扭曲诱导的变性泡的热力学和动力学行为。与弱扭曲相关联的小气泡是离域的。在阈值扭矩以上，几十个碱基或更大的气泡变得优先定位于富含\AT的区段。在本地化的制度，气泡表现出“老化”和移动亚扩散与连续变化的动态指数。这些性质是使用大偏差理论的结果与标度参数，并验证了蒙特卡罗模拟。
Nonlinear waves in double-stranded DNA
我们提出了一个基于第一性原理的非线性模型来描述DNA的气泡动力学。我们的模型方程包括来自分子间振动模式的耗散效应的一项。这种模式是由传播的气泡激发的，我们称之为“曲率耗散”。我们推导的方程允许稳定的钉扎局部扭结形成的气泡。我们进行的稳定性分析，并指定本地化的解决方案的运动的能量要求。我们的研究结果与DNA动力学的性质是一致的，并可用于变性气泡，RNA和DNA转录，核苷酸切除修复和减数分裂重组的模型。
Spatial and topological organization of DNA chains induced by gene co-localization
转录活性已被证明与真核细胞核和细菌类核中染色体的组织有关。特别是，高度转录的基因、RNA聚合酶和转录因子聚集成离散的空间焦点，称为转录工厂。然而，这些病灶的形成机制和由此产生的染色体拓扑顺序仍有待阐明。在这里，我们考虑一个基于染色体蠕虫状链模型的热力学框架，其中沿着DNA的稀疏指定位点只要在空间上靠近就能够相互作用。这是由于反复出现的证据表明，共同运作的基因之间存在物理相互作用。从这个简单的框架中得出了三个重要的结果。首先，转录焦点的形成可以被看作是相互作用位点与DNA其余部分的微相分离。在这方面，热力学分析表明，转录因子是适当的候选人介导的基因之间的物理相互作用。接下来，聚合物的数值模拟揭示了与不同拓扑有序相关联的丰富多样的相，每个相都提供了一种增加相互作用位点的局部浓度的方法。最后，数值结果表明，一维聚类和周期性的位置沿DNA的结合位点，这已被观察到在几种生物，使多个家庭的基因的空间协同定位特别有效。
Predicting Transcription Factor Specificity with All-Atom Models
转录因子（TF）与DNA操纵子位点的结合可以启动或抑制基因的表达。传统上，TF识别的位点的计算预测依赖于几个同源位点的知识，而不是从头开始的方法。在这里，我们研究了使用基于结构的能量计算的可能性，不需要结合位点的知识，而是从蛋白质-DNA复合物的结构开始。我们研究了PurRE。大肠杆菌TF，并探讨在何种程度上原子模型的蛋白质-DNA复合物可以用来区分同源和非同源DNA位点。特别强调的是，这种方法的系统评价，通过比较其性能与生物信息学方法，通过测试它对随机诱饵和网站的同源TF。我们还研究了DNA和蛋白质中的一组实验突变。使用我们明确的能量估计，我们表明，PurR的特异性主要是由直接的蛋白质-DNA相互作用，弱的DNA弯曲的影响。
Real sequence effects on the search dynamics of transcription factors on DNA
最近的实验表明，转录因子（TF）确实使用易化扩散机制在活细菌细胞中的DNA上定位其靶序列：TF在沿着DNA的滑动运动和通过细胞质的重新定位事件之间交替。通过模拟和理论分析，我们研究了普通大肠杆菌DNA序列的大片段TF滑动运动。大肠杆菌菌株，基于具有快速滑动搜索状态和使目标检测成为可能的识别状态的两状态TF模型。对于在从DNA解离之前检测到靶的概率，TF搜索时间自洽地严重依赖于辅助算子（与主算子类似的可接近序列）是否存在于基因组部分中。重要的是，在我们的模型中，搜索和识别状态之间的相互转换率取决于潜在的核苷酸序列的程度是不同的。适度的依赖性最大化区分主算子和相似序列的能力。此外，这些辅助操作符作为起始点与主操作符的DNA循环，产生跨越几个数量级的目标检测时间的频谱。辅助运营商作为漏斗，方便目标检测TF。
Comment on "Bubble nucleation and cooperativity in DNA melting" [Phys. Rev. Letters 94, 035504 (2005), arXiv:cond-mat/0412591]
本函arXiv：cond-mat/0412591中给出的结论依赖于不收敛的计算，应谨慎考虑。
DNA denaturation bubbles at criticality
在Peyrard-Bishop-Dauxois模型的框架内详细研究了DNA变性气泡的平衡统计性质。气泡的形成在均匀的DNA中被发现关键取决于非线性碱基堆积相互作用的存在。延伸超过小于10个碱基对的小气泡与比较大气泡大得多的每个位点的形成自由能相关。当接近临界温度时，与气泡进一步生长相关的自由能变得非常小。在不同温度下不同大小的气泡的平均位移曲线的分析显示，在没有非线性堆叠的情况下，几乎相同的缩放形状;非线性堆叠导致大小气泡的不同缩放形状。
Distributions of Bubble Lifetimes and Bubble Lengths in DNA
我们研究了在生理温度下DNA中气泡寿命和气泡长度的分布，通过进行广泛的分子动力学模拟与Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）模型，以及一个扩展的版本（ePBD）具有序列依赖的堆叠相互作用，强调这些分布的影响序列的鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）/腺嘌呤-胸腺嘧啶（AT）的内容。对于这两种模型，我们发现，碱基对依赖性（GC与AT）的阈值，考虑互补的核苷酸被分离是能够重现所观察到的依赖性的DNA序列的GC含量上的解链温度。使用这些阈值的碱基对开口，我们得到的气泡的长度高达10个碱基对的序列的GC含量是不同的，这是准确地拟合拉伸指数函数的气泡寿命分布。我们发现，对于这两种模型的平均气泡寿命减少，无论是增加气泡长度或GC含量。此外，得到的气泡长度分布也适合适当的拉伸指数函数和我们的研究结果表明，短气泡有类似的可能性，任何GC含量，但较长的是更有可能发生在AT丰富的序列。我们还表明，ePBD模型允许更多的，更长的寿命，比PBD系统的泡沫。
Plectoneme tip bubbles: Coupled denaturation and writhing in supercoiled DNA
生物信息不仅存储在双螺旋DNA的数字化学序列中，而且还编码在DNA链的机械特性中，这可以影响涉及其读出的生化过程。例如，Lac操纵子中的环的形成可以调节关键基因的表达，并且DNA超螺旋与蓝藻中的节律性圆曲线基因表达密切相关。超螺旋对于真核和原核细胞中基因组的大规模组织也很重要。DNA可以通过扭曲形成环状结构来对扭转应力做出反应，这种环状结构被称为原丝，从而将储存在扭曲中的能量转化为储存在弯曲中的能量。变性气泡也可以放松扭转应力，其吸收欠扭转的能力补偿了断裂键的破坏成本。在这里，我们预测一个新的制度，泡沫形成的plectonemes的尖端，并研究其性质，使用粗粒度的模拟。这些尖端气泡可以发生积极和消极的超螺旋，大大减少了钉扎机制的plectoneme扩散。它们可以导致plectonemes优先定位于AT丰富的区域，因为气泡更容易在那里形成。尖端气泡制度发生的超螺旋密度和力量，通常遇到的DNA在体内，并可用于生物控制的基因组过程。
Dynamics of DNA Bubble in Viscous Medium
在Peyrard-Bishop模型下研究了阻尼对DNA气泡的影响。在连续极限下，用阻尼非线性薛定谔方程描述DNA泡的动力学，并利用变分法研究了DNA泡的动力学。结果表明，在非粘性系统中，孤立波斑图的传播并不消失。然而，孤立波消失后不久，粘性力的引入。
DNA denaturation bubbles: free-energy landscape and nucleation/closure rates
采用粗粒度元动力学和布朗模拟方法研究了DNA中非超螺旋应力诱导变性气泡的成核和缓慢闭合机制。一个最小的介观模型是使用的双螺旋线是由两个相互作用的珠弹簧旋转股在双工状态与规定的扭转模量。我们证明，时间尺度的成核（分别。关闭）的约10个碱基对的气泡，与实验一致，是与交叉的自由能势垒的$22~k_{\rm B}T$（分别。$T$）。元动力学允许我们准确地重建自由能景观，以表明自由能障碍来自气泡和双态之间的扭转能量的差异，从而突出限制步骤，集体扭曲，控制成核/闭合机制，并访问毫秒范围内的开放时间尺度。与小的呼吸气泡相反，这些超过4个碱基对的气泡具有生物相关性，例如当特定DNA结合蛋白需要预先存在的变性状态时。
Discovery and information-theoretic characterization of transcription factor binding sites that act cooperatively
转录因子与DNA调控区表面的结合是调控基因表达水平的主要原因之一。在序列水平上对蛋白质-DNA相互作用进行建模的概率方法是通过位置权重矩阵（PWMs），其通过假设DNA序列内的位置独立性来估计DNA结合位点序列的联合概率。在这里，我们构建条件PWMs依赖于侧翼DNA序列中的基序签名，通过调节已知的结合位点基因座上的存在或不存在的额外的结合位点，在侧翼序列中的每个站点的基因座。汇集具有相似侧翼序列模式的已知位点允许估计结合位点序列上的条件分布函数。我们将我们的模型应用于在果蝇发育的背侧-背侧轴图案中活跃的背侧转录因子结合位点。我们发现，这些结合位点与附近的扭曲网站平均包含约0.5位的信息扭曲转录因子结合位点的侧翼序列中的存在。我们还发现，Dorsal结合位点检测器的条件下，侧翼序列信息作出更好的预测什么是一个Dorsal网站相对于背景DNA比检测没有信息的侧翼序列功能。
Coding limits on the number of transcription factors
转录因子蛋白结合特定的DNA序列以控制基因的表达。它们含有属于几个超家族的DNA结合结构域，每个超家族具有特定的DNA结合机制。基因组中编码的转录因子的总数随着基因组中基因的数量而增加。在这里，我们研究了不同生物体中每个超家族的转录因子的数量。我们发现，大多数超家族的转录因子的数量似乎是有界的。例如，即使在非常大的基因组中，有翼螺旋因子的数量通常不超过300。来自每个超家族的转录因子的最大数量的大小似乎与该超家族的结合机制有效识别的DNA碱基的数量相关。编码理论预测，为了使转录因子之间的交叉结合错误最小化，转录因子的数量上界应该存在。该理论进一步预测，具有相似结合序列的因子应该倾向于具有相似的生物学效应，使得基于错误识别的错误最小化。我们提出的证据表明，具有相似结合序列的转录因子倾向于调节具有相似生物学功能的基因，支持这一预测。目前的研究表明，细胞的转录因子库的限制，并建议编码的限制，可能适用于更普遍的结合位点和生物功能之间的映射。
Helix untwisting and bubble formation in circular DNA
研究了环状分子的碱基对涨落和螺旋解扭。提出了一个包含扭转自由度和分子轴弯曲的真实介观模型。的计算方法，路径积分技术的基础上，模拟分布的拓扑异构体与不同的扭曲数，并发现积极最有利的分子构象作为温度的函数。该方法可以在较宽的温度范围内预测特定序列的螺旋重复序列、开口位点和气泡大小。最近在哺乳动物细胞中发现的短DNA环的一些结果。
Bubbles, clusters and denaturation in genomic DNA: modeling, parametrization, efficient computation
本文使用介观，非线性晶格动力学（Peyrard-Bishop-Dauxois，PBD）建模来描述DNA在变性温度以下和附近的热性质。计算效率的符号介绍了相关的统计力学。计算的熔化配置文件的长和短的异质序列，使用最近推出的重新参数化的PBD模型，并严格讨论。扩展开放的气泡和绑定集群的统计制定和结果，为选定的例子。
Twin Supercoil Domain couples the dynamics of molecular motors and plectonemes during bacterial DNA transcription and replication
本研究利用粗粒化建模和布朗动力学模拟，揭示了 Twin Supercoiled Domain (TSD) 如何通过刺激 plectoneme 的自发位移模式，调控细菌 DNA 转录和复制中分子马达与 plectoneme 的耦合动力学。
Transcriptional bursts in a non-equilibrium model for gene regulation by supercoiling
我们分析了一个随机的非平衡模型，占DNA超螺旋和基因转录的动力学之间的耦合内的转录爆发。当转录起始和超螺旋耗散的时间尺度之间存在分离时，我们发现爆发式转录的明确签名-后者可能是扩散性的或由拓扑酶介导的，如I型或II型拓扑异构酶。在多基因DNA结构域中，我们观察到爆发式转录或转录波;可以通过控制基因活性和方向来选择行为类型。在爆发阶段，在启动子的超螺旋波动的统计是显着的非高斯。
Dependence on temperature and GC content of bubble length distributions in DNA
我们提出的数值结果的温度依赖性的气泡长度分布在DNA片段的各种鸟嘌呤胞嘧啶（GC）浓度。碱基对开口描述的Peyrard-Bishop-Dauxois模型和相应的热平衡分布的气泡通过Monte Carlo计算气泡大小的顺序高达100个碱基对。研究了气泡长度分布参数与温度和气相色谱含量的关系。我们提供简单的表达式，近似描述这些关系。同时给出了气泡平均长度的变化规律。我们发现温度依赖性的指数c出现在气泡长度的分布。如果在真实DNA的环熵指数中存在类似的依赖性，那么它可能与理解力延伸实验中的过度拉伸有关。
Theory on the mechanisms of combinatorial binding of transcription factors with DNA
我们建立了一个关于转录因子（TF）与DNA上特异性结合位点组合结合机制的理论框架。我们认为三种可能的机制，即单体，异源寡聚体和协调招聘途径。在单体途径中，组合转录因子以独立的方式寻找它们的靶点，并且它们之间的蛋白质相互作用将是微不足道的。蛋白质相互作用非常强，因此在异源寡聚体途径的情况下，TF的异源寡聚体复合物作为整体搜索同源位点。首先到达的TF将在招募路径中以顺序的方式招募相邻的TF。TF之间的蛋白质相互作用释放的自由能将反过来用于稳定TF-DNA复合物。这种TF的协调结合实际上表现为合作效应。只有当很少的转录因子参与组合调控时，MMPs和异源寡聚体途径才有效。详细的随机游走模拟表明，当组合中的TF的数量增加时，则这些路径中的TF的搜索效率以幂律方式随着TF数量的增加而降低。与单体途径相关的幂律指数似乎强烈依赖于TF的数量、TF的初始位置与其特异性结合位点之间的距离以及与TF在DNA上的动力学相关的跳跃大小。
Classes of fast and specific search mechanisms for proteins on DNA
搜索和识别问题出现在不同的尺度上的生物系统。在这篇综述中，我们专注于蛋白质，特别是转录因子，和DNA之间的相互作用所带来的挑战和可能的机制，允许一个快速和选择性的目标定位。最初，我们认为，DNA结合蛋白可以分类，广义上，分为三个不同的类，我们说明使用实验数据。每一类要求一个不同的搜索过程，我们讨论了可能的应用程序，多年来提出的不同的搜索机制，每一类。这次审查的主旨是建立一个基于障碍歧视的新机制。我们介绍了该模型，并详细分析了其后果。它表明，这种机制适用于所有类别的转录因子，并可以导致一个快速和具体的搜索。此外，它表明，该机制具有有趣的瞬态功能，允许在目标的稳定性，尽管快速结合和解结合的转录因子从目标。
The style of genetic computing
细胞接收各种各样的细胞和环境信号，这些信号必须组合处理以产生特异性和及时的遗传反应。我们在这里提出了一个理论研究的组合控制和整合的转录信号，发现顺式调控系统与特定的蛋白质-DNA相互作用和胶样蛋白质-蛋白质相互作用，辅以远端激活或阻遏机制，有能力执行广泛的控制功能编码的调控DNA序列。使用一个定量模型的基础上，充分表征的细菌转录系统，我们明确地显示了各种监管逻辑功能可以实现，通过选择的强度和相对位置的相关蛋白质结合的DNA序列的顺式调控区。出现的架构自然是模块化的，并且具有高度的可演化性。我们的研究结果表明，转录调控装置是一个“可编程”的计算机，属于正式的玻尔兹曼机类。我们还暴露了细菌转录系统的关键缺点，这限制了全基因组采用复杂的转录控制方案，并讨论了它们如何被真核转录系统克服。
Nanomechanical resonance captures pre-melting transition in DNA unravelling
双链DNA通过中间变性的气泡片段热解开。内在地，波动在气泡边界处从与环境的非平衡（NE）能量交换而发生。然而，这样的细节变得模糊的大种群动力学在宏观尺度上，关联平衡路径的解开景观。在这项工作中，我们捕获的微流体悬臂与皮升样品的波动能量学的证据。我们利用纳米机械共振测量NE能量交换通过耗散，揭示了一个关键的预熔化转变在T~ 42 C。这意味着解开可能通过中间的气泡构象释放能量进行，足以解开气泡末端，帮助进一步解开。波动定理解释了观测结果，为研究其他生物现象中的波动动力学开辟了进一步的途径，这些生物现象也通过类似的NE能量学进行。
Low-Energy DNA Bubble Dynamics via the Quantum Coulomb Potential
本研究提出一个低能模型，利用虚时间薛定谔方程和量子库仑势描述DNA气泡动力学，得到概率密度等解析结果，与福克-普朗克方程一致，并与伽马及扩散模型比较。
Binding of transcription factors adapts to resolve information-energy trade-off
我们从信息传递的角度研究了转录因子与DNA的结合。噪声通道的输入是与DNA位点结合的因子的生物物理信号，输出是该位点处可能的DNA序列的分布。这项任务涉及信息增益和结合相互作用的能量学之间的内在权衡-高结合能提供更高的信息增益，但由于因子被束缚得太紧而阻碍系统的动力学。我们表明，适应的结合相互作用下增加的信息传递的一般能量约束意味着，在每个碱基对的每特定的结合能的信息增益最大化。我们分析了数百个原核生物和真核生物的各种生物的转录因子，以评估的歧视能量。我们发现，根据我们的理论论点，结合能几乎最大化每能量的信息增益。这项工作表明，适应信息增益作为一个通用的分子识别系统的设计原则。
A stochastic model of supercoiling-dependent transcription
我们提出了一个随机模型耦合到DNA超螺旋的基因转录，在那里我们将实验观察聚合酶创建超螺旋，因为他们解开DNA螺旋，这些酶结合更有利的基因组解开的地区。在这个模型中，我们表明，当转录诱导的超螺旋通量增加时，有一个急剧的交叉，从一个政权，扭转应力迅速放松和基因转录是随机的，一个基因表达是高度相关的，并严格受超螺旋调控。在后一种情况下，该模型显示转录爆发，超螺旋波，和上调的分歧或双向基因。它还预测，拓扑酶放松扭曲和扭动应该提供一个途径，下调转录。这篇文章发表在Physical Review Letters，2016年5月。
Bubbles and denaturation in DNA
从统计物理学的角度来看，DNA的局部开放是一个有趣的现象，但也是其生物功能所必需的。例如，如果没有DNA双螺旋的解旋，我们遗传密码的转录和复制就无法发生。虽然这些生物过程是由蛋白质驱动的，但这些生物开口与由于热波动而自发形成的气泡之间可能存在关系。介观模型，如Peyrard-Bishop-Dauxois模型，相当准确地再现了一些实验变性曲线和急剧的相变的热力学极限。因此，人们很想知道这些模型是否可以用来预测DNA的生物活性。在以前的研究中，我们介绍了一种方法，可以获得非常准确的结果，这表明，在这个方向上，以前的一些索赔，基于分子动力学研究，是不成熟的。这可能意味着目前的PBD应该得到改善，或者生物活性只能在涉及与蛋白质和超螺旋应力相互作用的更复杂的框架中预测。在本文中，我们对前面介绍的统计方法进行了详细的描述。此外，对于几个DNA序列，我们给出了一个彻底的分析的气泡统计作为位置和气泡大小的函数和所谓的$l$ -变性曲线，可以通过实验测量。这表明，一些重要的实验观察在本模型中丢失。我们将讨论如何改进现有的模型。
Probability distribution of bubble lengths in DNA
在310 K下，用Monte Carlo方法模拟了鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）含量不同的双链DNA中气泡长度的分布.分析描述了在整个研究范围内获得的分布，即，可获得高达数十纳米量级的泡宽度。我们发现，这种分布的衰减长度和特征指数显示两个不同的制度作为GC含量的函数。所观察到的分布归因于碱基对内的非谐相互作用。结果进行了讨论的波兰Scheraga和Peyrard主教（线性而不是非线性堆叠相互作用）模型的框架。
Dynamical phase transition of a periodically driven DNA
复制和转录是生命系统中的两个重要过程。为了执行这样的过程，各种蛋白质以交错的方式远离平衡地工作。受此启发，在非平衡条件下的周期性驱动下的DNA解压缩过程中的滞后方面进行了研究。提出了一个驱动DNA的稳态相图，这是实验验证。作为一个两态系统，我们还比较了DNA和Ising磁体在非对称变化的磁场下的结果。
Driving denaturation: Nanoscale thermal transport as a probe of DNA melting
DNA变性由于其与DNA转录的关系及其作为非线性结构转变的基本重要性而长期以来一直是深入研究的主题。然而，对这一现象的许多方面仍然知之甚少。现有的模型拟合得很好，与实验结果的分数与温度的未结合的碱基对。然而，这些相同的模型对其他基本量给出了不正确的结果。例如，预测的碱基对波动时间尺度-与转录相关-与实验观察到的数量级不同。在这里，我们表明，纳米级的热传输可以作为一个敏感的探针的基本微观机制负责的动态DNA变性。具体来说，我们表明，DNA的热传输特性发生显着和突然改变，因为它变性，这种改变编码的详细信息的动力学的热波动及其相互作用沿链。这一发现允许明确区分DNA变性模型。因此，测量热导率将使人们对这种重要分子的性质有新的了解。
Beyond position weight matrices: nucleotide correlations in transcription factor binding sites and their description
基因组DNA上转录因子结合位点（TFBS）的识别对于理解和预测基因网络中的调控元件具有重要意义。TFBS基序通常由位置权重矩阵（PWMs）描述，其中每个DNA碱基对独立地有助于转录因子（TF）结合，尽管越来越多的证据表明碱基对位置之间的相互依赖性。最近关于TF结合DNA区域的全基因组数据的可用性提供了重新详细讨论TF结合{ \em in vivo}的这个问题的可能性。在这里，我们使用了可用的苍蝇和小鼠ChIPseq数据，并表明独立模型通常不会重现TFBS的观察统计数据，从而概括了以前的观察结果。我们进一步表明，TFBS的描述和可预测性可以系统地提高考虑成对相关性的TFBS通过最大熵的原则。由此产生的成对相互作用模型是正式等效的无序波茨模型的统计力学，它概括了以前的方法相互依赖的位置。它的结构允许两个或更多个碱基对的共变异，以及二级基序。虽然模型组成的混合物的PWM也有这最后一个功能，我们表明，成对的相互作用模型优于它们。显着的成对相互作用被发现是稀疏的，并发现占主导地位的连续碱基对之间。最后，使用一个成对的相互作用模型的识别TFBS的显示给显着不同的预测比一个模型的基础上独立的位置。
Energetic funnel facilitates facilitated diffusion
转录因子能够比扩散造成的物理限制更快地与它们在DNA上的结合位点结合。如此高的结合率可以通过沿着DNA链的三维扩散和一维滑动之间的交替来实现，这种机制被称为促进扩散。通过研究来自RegulonDB数据库的大肠杆菌和来自DBTBS的枯草芽孢杆菌的转录因子结合位点的集合，我们揭示了靶序列周围结合能景观中的漏斗。我们表明，这样的漏斗是链接到存在的梯度AT在碱基组合物中的DNA区域周围的结合位点。一个广泛的计算研究的随机滑动过程沿充满活力的景观从数据库中获得的漏斗可以显着提高的概率转录因子，以找到它们的靶序列时，在其附近滑动。我们证明，这种增强导致的关联过程的速度加快。
Transcription factor target site search and gene regulation in a background of unspecific binding sites
反应时间和转录水平是基因调控的重要参数。它们取决于转录因子（TF）找到的速度以及它们占据特定靶位点的效率。众所周知，TF与非特异性DNA结合并沿其滑动可加速靶位点搜索，并且非特异性关联可改变基因的占据频率。然而，目标网站的搜索时间和占用频率是否可以同时优化，大多是不清楚的。我们开发了一个透明的和直观的访问状态为基础的形式主义计算搜索时间的目标网站和占领频率的任意状态结构的启动子。我们的形式主义是基于解离速率常数实验在活细胞实验。为了证明我们的方法，我们认为启动子激活由一个单一的TF，由两个coactivators或在存在竞争性抑制剂。我们发现，目标位点的搜索时间和启动子占用率差异与非特异性解离速率常数。这两个参数可以通过调节TF的比解离速率常数来协调。然而，虽然测量的各种真核TF的DNA停留时间对应于快速搜索时间，但靶位点的占据频率通常较低。细胞可能耐受低靶位点占据，因为它们能够响应变化的环境进行及时的基因调控。
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。
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