DNA环环化时间的半经验计算方法

发布时间：2024-12-03 22:06

　　 DNA分子是生命遗传信息的主要物质载体。DNA环化是DNA不同位置所携带信息的一种协同实现方式。典型的例子是转录调控,增强子通过DNA环化与启动子相互作用,从而实现了对基因表达水平的调控。因此,破译DNA的环化动力学是解读基础生命过程的重要课题。本文在介绍DNA结构和力学性质的基础上,综述DNA环化时间的计算方法。在生理条件下,DNA的主要性质特点是弯折柔性强,而扭转和拉伸刚性强;据此,DNA环化可视作自发的熵减过程。运用热力学统计理论,可获得计算DNA环化时间的半经验公式。公式中的参数可由单分子光谱共聚焦技术测得的数据确定。该公式表明,空间拓扑决定了环化概率,DNA长度决定了环化时间。该公式适用于计算DNA上的顺式元件之间、顺式元件与启动子之间的相互作用。其优点在于避开了DNA结构和细胞核环境的复杂性。

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【部分图文】：

图1.DNA的拉伸、扭转、弯折以及结合位点的方向性。(a)DNA具有拉伸、扭转刚性大，弯折柔性大的特点。图中示意了DNA的大沟和小沟，黄色区域标识了一个DNA结合位点，方向为垂直纸面朝外。(b)蛋白质与DNA的典型结合方式(PDB id:1LMB)。(a)中的结合位点以平行纸面方向为轴，顺时针旋转90?得到(b)的结合位点朝向。

DNA的具体结构，取决于周边的水环境，决定了它的环境敏感性。而另一方面，DNA功能的实现，要求它具有强的抗干扰性，即鲁棒性。转录调控等DNA环化过程，因承担了细胞信号转导的精确性使命，其发生在时间和空间具有高度精准性。精准性决定了DNA环化对于环境扰动具有鲁棒性。综上，如果环境因....

图2.大肠杆菌glnAp2基因的调控区域的环化方式与环化时间。(a) glnAp2基因上游的激活子序列。图中标注了拓扑上易于发生的3种DNA环化方式以及环化时间。(b) glnAp2基因的调控模式[13]。

从而，公式(10)即为DNA的环化时间公式。其中，τ0为实验测得的长度为n0的DNA的环化时间。f(f∈(0,1))为拓扑因子，需要实验测定或数值拟合的方式确定。

图3.大肠杆菌细胞内DNA环化时间与DNA长度的关系。注：公式(10)不能给出约15 bp (～5 nm)及以下的环化时间。

结构分析表明，在总计29种可能的环化方式中，绝大多数环化不可能发生或者发生的概率极低。其中，结构制约因素包括三维空间尺度以及增强子的方向性。最可能发生的环化方式是II-V环化、I-H环化（即位点I上的激活子与-12区域的聚合酶全酶连接环化）、以及II-H环化。用公式(10)计算这....

本文编号：4014217