动基体 DNA 复制过程中的拓扑调控

我们从理论上研究了动基体 (Kinetoplastida) 类生物体中发现的由数千个独立小环组成的动基体 DNA 的复制过程。当细胞不活跃分裂时，这些小环在拓扑上连接成一个仅有一个连通分量的边缘链接环网络。在细胞分裂期间，每个小环从网络中移除、复制，然后与其后代一起重新附着。我们在以下假设下研究这一过程：小环的拓扑状态与其上编码的遗传信息的表达之间存在耦合，从而导致拓扑异构酶的产生。该模型描述了一个能够完全复制的自我调节系统，并重现了先前的几项实验发现。我们发现系统的不动点取决于模型的一个主要自由参数：小环从网络中移除的速率 (R) 与其（重新）附着速率 (A) 之比。最终的拓扑状态被发现是一种边缘链接的网络结构，其中连接到最大连通分量的小环比例随着 R/A 的减小而趋近于 1。最后，我们讨论了这可能如何暗示复制速度与产生完全拓扑链接状态的准确性之间的进化权衡。