螺旋拓扑尖端气泡：超螺旋DNA中解链与超螺旋扭曲的耦合

生物信息不仅储存在双螺旋DNA的数字化学序列中，还编码在DNA链的力学性质中，这些力学性质可以影响涉及DNA读取的生化过程。例如，Lac操纵子中的环形成可以调节关键基因的表达，而DNA超螺旋与蓝藻中节律性的昼夜基因表达密切相关。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可以通过扭曲形成称为螺旋拓扑的环状结构来响应扭转应力，从而将储存为扭转的能量转化为储存为弯曲的能量。解链气泡也可以缓解扭转应力，破坏键的焓成本由其吸收欠扭转的能力所补偿。在这里，我们预测了一种新机制，即气泡在螺旋拓扑的尖端形成，并使用粗粒化模拟研究了其性质。这些尖端气泡可以在正超螺旋和负超螺旋下出现，并通过钉扎机制大大减少螺旋拓扑的扩散。它们可以导致螺旋拓扑优先定位于富含AT的区域，因为气泡更容易在那里形成。尖端气泡机制发生在体内DNA通常遇到的超螺旋密度和作用力下，可能被用于基因组过程的生物学控制。