基因共定位诱导的DNA链空间与拓扑组织

转录活性已被证明与真核细胞核及细菌类核中染色体的组织有关。特别是，高度转录的基因、RNA聚合酶和转录因子会聚集成离散的空间焦点，称为转录工厂。然而，这些焦点形成的机制以及由此产生的染色体拓扑秩序仍有待阐明。在此，我们考虑一个基于染色体蠕虫状链模型的热力学框架，其中DNA上稀疏的指定位点只要在空间上彼此靠近就能发生相互作用。这是基于反复出现的证据，即协同运作的基因之间存在物理相互作用。这个简单的框架得出了三个重要结果。首先，由此形成的转录工厂可被视为相互作用位点与DNA其余部分的微相分离。在这方面，热力学分析表明转录因子是介导基因间物理相互作用的合适候选者。其次，聚合物的数值模拟揭示了与不同拓扑排序相关的丰富相态，每种相态都提供了一种提高相互作用位点局部浓度的方法。最后，数值结果表明，在几种生物体中观察到的结合位点沿DNA的一维聚类和周期性定位，使得多个基因家族的空间共定位特别高效。