细菌拟核：DNA 去混合与超螺旋的相互作用

本研究探讨了细菌细胞中 DNA 去混合与超螺旋的相互作用问题。DNA 与其他球状大分子的去混合源于系统所有组分之间的整体排斥作用，导致拟核的形成，即细胞内以相当紧凑的形式包含基因组 DNA 的区域。超螺旋描述了 DNA 双螺旋轴线的卷曲，以适应拓扑异构酶注入分子的扭转应力。超螺旋能够诱导细菌 DNA 发生一定程度的压缩，尽管其程度小于去混合。在本文中，我们研究了这两种机制的相互作用，旨在确定 DNA 的总压缩比是各机制压缩比的简单相加，还是某种更复杂的函数。为此，我们开发了一种粗粒化珠簧模型，并通过布朗动力学模拟研究了其性质。本工作揭示，实际上存在不同的机制，具体取决于拥挤剂体积比和 DNA 超螺旋密度。特别是，研究表明，在超螺旋密度适中时，存在一个 DNA 去混合和超螺旋对 DNA 线圈压缩效应简单叠加的机制。相反，超过该阈值后，DNA 线圈的平均半径不再减小，且在拥挤剂浓度足够高时甚至可能再次增大。最后，模型预测 DNA 线圈在非常接近阻塞阈值时可能会偏离球形几何形状，这是为了在最小化刚性螺旋线的弯曲能与容纳去混合所需的 DNA 线圈体积之间进行权衡。