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双重屈曲过渡的动力学
扭转菌株下的抽象DNA经历了屈曲过渡，这是Plectoneme成核和超级旋转动力学的基本步骤，这对于处理基因组信息至关重要。尽管其重要性，但屈曲过渡的定量模型，尤其是解释了当前缺少单分子镊子揭示的RNA屈曲时间和DNA屈曲时间之间令人惊讶的两级差异。此外，关于屈曲过渡过程中DNA的配置知之甚少，因为它们不是直接观察到的实验。在这里，我们使用离散的蠕虫样链模型和布朗动力学来模拟DNA/RNA屈曲过渡。我们的模拟与屈曲过渡的实验确定的参数非常吻合。模拟表明，屈曲时间在很大和指数上取决于弯曲刚度，这是DNA和RNA之间测得的差异的一半以上。分析我们的模拟揭示的链的显微镜构象，我们发现了螺线管形过渡状态和卷曲中间体的明确证据。卷曲中间的具有单个环，并且在低力下越来越占人群。综上所述，模拟表明，类似蠕虫的链模型可以半定量地进行DNA和RNA的屈曲动力学。
依赖拓扑的DNA结合
摘要DNA存储我们的遗传信息，并且在生物学和生物技术应用中无处不在，其中它与从小分子到大型大分子复合物的结合伴侣相互作用。结合通过分子中的机械菌株调节，进而可以改变局部DNA结构。经常以封闭的拓扑形式发生DNA，拓扑和超串联为结合诱导的变形和应变调节结合的相互作用增加了全局约束。在这里，我们提出了一个定量模型，即DNA拓扑引入的全局约束如何调节结合并在拓扑和亲和力之间产生复杂的相互作用。我们专注于荧光介入量，该荧光介导剂放弃DNA并通过荧光检测启用直接定量。使用大量测量结果，我们表明，根据配体浓度和初始拓扑结构，相对于开放拓扑的DNA超螺旋可以增加或减少插入。我们的模型定量地说明了使用psoralen用于紫外线诱导的DNA交联获得的观察结果，该交联经常用于量化体内超螺旋。最后，我们观察到单分子测定中拓扑依赖性的结合，该结合可直接访问结合动力学和DNA超级旋转动力学。我们的结果对DNA的检测和定量以及在细胞环境中DNA结合的调节具有广泛的意义。
粘合素超元在循环挤出过程中DNA
抽象的粘着蛋白将基因组DNA挤压成促进染色质组装，基因调节和重组的环。在这里，我们表明粘着蛋白将负超胶引入挤出的DNA中。超螺旋需要粘蛋白的ATPase头，这些头部夹紧DNA以及在粘蛋白的铰链上的DNA结合位点，表明在铰链和夹具之间约束粘蛋白超侧Coil DNA。我们的结果表明，一旦粘蛋白在超涂层期间达到其失速扭矩，DNA挤出会停止，而粘蛋白突变体预测会停滞在较低的扭矩形成细胞中的较短环。这些结果表明，超涂层是环挤出机制的组成部分，并且粘着蛋白不仅通过循环DNA，而且通过将其超级旋转来控制基因组结构。真核间相细胞中的主要文本，SMC（“染色体的结构维持”）复合粘着蛋白将基因组DNA折叠成环和拓扑结构域（TADS;参考（1-4）），可以调节转录（5），重组（6，7），姐妹染色单体分离（8）和复制（9）。粘着蛋白通过由ATP结合 - 水溶液周期控制的构象变化（12）（在（13）中进行了综述），将DNA挤压为环（10，11）。这些是由粘蛋白的SMC1和SMC3亚基催化的，其中包含50 nm长的盘绕螺旋，二聚体“铰链”结构域和球形ATPase'heads'（图s1a），与ABC转运蛋白相关（14）。在ATP结合后，粘蛋白的头部接合和一个称为NIPBL“夹具” DNA的亚基在接合的ATPase头顶上（参考（12，15-17）;如图。s1b）。这些动作产生〜15 pn力（18）和循环挤出步骤〜40 nm（100-200 bp;ref。（19）），表明在头部互动过程中将DNA卷入形成循环中。相比之下，在环挤出过程中DNA的构象变化知之甚少。拓扑异构酶II在粘着蛋白环的底部结合并切割DNA（20-23），这表明DNA在这些位点上是超螺旋的。有丝分裂SMC复合物冷凝蛋白还与拓扑异构酶（24-30）共定位并相互作用，并且可以在体外超涂DNA（31-33）。已经提出了此过程发生在循环挤出过程中（31，33），但发现粘着蛋白不适合