物理学进展

物理学进展 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (6): 188-193.doi: 10.13725/j.cnki.pip.2020.06.002

所属专题： 2023年, 第43卷

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DNA 环化时间的半经验计算方法

王耀来1, 赵涤凡1, 唐乾元 2   

  1. 1. 江南大学理学院，无锡 214122 2. 东京大学生物学普遍性研究机构，东京，日本 153-8902

  • 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-18
  • 基金资助:

    国家自然科学基金委项目（ 编 号：11804123, 11831015）

A Method for Calculating the Time Required for DNA Looping

Wang Yao-Lai1 , Zhao Di-Fan1 , Tang Qian-Yuan 2   

  1. 1. School of Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, China, 100124  2. Universal biology institute, Tokyo University, Tokyo, Japan, 153-8902

  • Online:2020-12-20 Published:2020-12-18

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摘要：

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。

关键词: DNA 刚性与柔性, 构象熵, 拓扑

Abstract:

The formation of a DNA loop takes a crucial role in transcriptional regulation, where the enhancer is tethered to its promoter. This step is a time-limiting step for activating transcriptional initiation. Here, We review a formula that is appropriate for computing the time required for formatting such a loop, or other DNA loops at the similar length scale where the looping can be attributed to a spontaneous decrease in conformation entropy. The formula shows that topological structure due to the orientation of two big grooves where a protein binds primarily determines whether two sites could be looped, and that the intervening DNA length de nes the looping time. This method takes the advantages of bypassing the complexity of DNA structure and cellular circumstances, but requiring some parameters to be measured experimentally.

Key words: rigidity and , exibility, conformation entropy, topological structure

中图分类号: