Диссертация (1104904), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Также мы продемонстрировали, что в случае подложки фиксированнойдлиныспериодическимиграничнымиусловиямисреднееколичествошагов,необходимое для исчезновения всех дефектов будет расти с размером подложки как ~s3,как показано на Рис 5.6в.Рис. 5.6. Статистические характеристики модели: (а) зависимость корня из среднегоквадрата смещения случайного блуждания от номера шага, <R(N)>, нормированная наN 1/2; (б) зависимость среднего прироста энергии системы от номера шага, <E(N)>,нормированная на N 3/4; (в) зависимость количества шагов случайного блуждания,необходимого для исчезновения всех дефектов на подложке фиксированного размера спериодическими граничными условиями от размера подложки, <N(s)>, нормированнаяна s 3.965.4. Результаты и обсуждениеВ текущем разделе нами была представлена модель одномерной адсорбции диблоксополимера с локальными правилами, приводящими к глобальной самоорганизацииструктуры.
Построена теория, базирующаяся на случайном блуждании по неоднородной,изменяющейся подложке, позволяющая описать аномальное поведение характеристиксистемы. Предложенная модель обладает рядом интересных, в функциональном плане,особенностей, на подложке, составленной из чередующихся типов звеньев, фолдингдиблок-сополимера однозначно определяется его первичной структурой и можетпроисходить без энергетических потерь.
Подобная картина может иллюстрироватьнекоторые биологические процессы, например, пространственную компактизациюбелков и укладку РНК в вирусный капсид.97Основные результаты и выводы.Предложена модель иерархической конденсации гетерополимера, позволяющаяобъяснить особенности, наблюдаемые на экспериментальных картах внутрицепныхконтактов эукариотических хромосом.
В рамках предложенной модели показано, чтопервичная структура существенно влияет на организацию компактного состояния испособна порождать в нем крупномасштабные неоднородности пространственнойорганизации, наблюдаемые в реальных клетках.Разработан и исследован эффективный метод генерации компактных конформациймакромолекулы, со статистическими характеристиками близкими к состояниюскладчатой глобулы.
Было продемонстрировано, что итоговые структуры незаузленыи стабильны в динамических симуляциях в широком временном диапазоне.Предложен рекуррентный алгоритм генерации расплавов равновесных глобул,основанныйнапошаговомперемещениисубцепейвдольмакромолекулы.Применение алгоритма к пространство-заполняющим кривым позволяет получатьсистемыпостатистическимхарактеристикамидентичныеравновесномуглобулярному состоянию с равномерной по объему плотностью.Построена качественно новая скейлинговая теория, описывающая диффузионноедвижение в полимерных структурах произвольной фрактальной размерности.Результаты теории подтверждены масштабным компьютерным моделированиемполимерных расплавов с использованием DPD-метода.
Был теоретически предсказанрежим диффузионного движения в складчатой глобуле <r2(t)> ~ t2/5. Оценка былаподтверждена численным счетом, а также наблюдалась экспериментально.Показано, что режим диффузионного движения, наблюдаемый для субцепейхромосом в реальных клеточных ядрах с использованием флуоресцентноймикроскопии, с хорошей точностью совпадает с предсказанной нами динамикоймономеров в складчатой глобуле, что является еще одним доказательством теории офрактальной упаковке хроматина.Предложена методика спектрального анализа матриц связности компактныхполимерных структур, позволяющая определять конформацию полимерной цепи наоснове информации о матрице контактов.Разработана модель одномерной адсорбции диблок-сополимера по локальнымправилам, приводящим к самоорганизации системы как целого.
Построена теория,объясняющая аномальное поведение характеристик системы. Модель может быть98применена для описания процесса упаовки генетического материала в вирусныйкапсид.Список публикаций по теме диссертации.1. Nazarov L.I., Tamm M.V., Nechaev S.K.. Lamplighter model of a random copolymeradsorption on a line, Condensed Matter Physics, Institute for Condensed Matter Physics(Ukraine), 2014, vol. 17, No. 3, p. 33002:1-82. Nazarov L., Tamm M., Avetisov V., Nechaev S.K..
Statistical model of intra-chromosomecontact maps, Soft Matter, Royal Society of Chemistry (United Kingdom) 2015, vol. 11, 101910253. Tamm M.V., Nazarov L.I., Gavrilov A.A., Chertovich A.V.. Anomalous Diffusion in FractalGlobules, Physical Review Letters, American Physical Society (United States), 2015, vol. 114,Iss. 17, с. 1781024.
Moscalets A.P., Nazarov L.I., Tamm M.V., Towards a robust algorithm to determinetopological domains from collocalization data, AIMS Biophisics, American Institute ofMathematical Science (United States), 2015, vol. 2, Iss.4, с. 503-51699Благодарности.Автор считает своим долгом выразить благодарность своему научному руководителю –к.ф.-м.н. Михаилу Владимировичу Тамму, за внимание, советы и непосредственноеучастие в процессе выполнения работы и передачи опыта научной деятельности.Автор благодарен профессору А. А. Миронову за помощь в выборе актуальной научнойпроблемы, С. К. Нечаеву, В.А.Аветисову, А.
А. Гаврилову, А. В. Чертовичу и А. П.Москальцу за плодотворную совместную работу и полезные дискуссии.Также хотелось бы выразить признательность академику А.Р. Хохлову и коллективукафедры физики полимеров и кристаллов за прекрасную атмосферу и условия дляведения научной работы.100Список литературы.1.B. Alberts, A. Johnson, J.
Lewis, et al, Molecular Biology of the Cell, 5th edition, GarlandScience, NY, (2008).2.C. Rabl, Uber Zelltheilung, Morphologisches Jahrbuch, Gegenbaur C (ed) 10:214-330,(1885).3.T. Cremer and C. Cremer, Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulationin mammalian cells, Nature review Genetics, 2, 292 (2001).4.T. Cremer and M. Cremer, Chromosome Territories, Cold Spring Harb Perspect Biol., 2(3):a00389 (2010).5.Mikhail A. Rubtsov, Yury S. Polikanov, Vladimir A. Bondarenko et al., Chromatinstructure can strongly facilitate enhancer action over a distance, Proc Natl Acad Sci USA,103(47): 17690-17695 (2006).6.Swagatam Mukhopadhyay, Paul Schedl, Vasily M.
Studitsky, and Anirvan M. Sengupta,Theoretical analysis of the role of chromatin interactions in long-range action of enhancersand insulators, Proc Natl Acad Sci USA, 108(50): 19919-19924 (2011).7.A. Sanyal, B. R. Lajoie, Gaurav Jain, Job Dekker, The long-range interaction landscape ofgene promoters, Nature, 489(7414): 109-113 (2012).8.P.-G. de Gennes, Scaling Concepts in Polymer Physics, Cornell University Press, NY,1979.9.А..Ю. Гросберг, А.Р. Хохлов, Статистическая физика макромолекул, Наука, 1989.10.A. Rosa, R. Everaers, Structure and Dynamics of Interphase Chromosomes, PLoSComputational Biology, 4: 6 e1000153 (2008).11.A.Y. Grosberg, Y.
Rabin, S. Havlin, and A. Neer, Crumpled Globule Model of the ThreeDimensional Structure of DNA, Europhys. Lett. 23 373 (1993).12.A.Yu. Grosberg, S.K. Nechaev and E.I. Shakhnovich, The role of topological constraints inthe kinetics of collapse of macromolecules, J. de Physique 49, 2095 (1988).13.L.A. Mirny, The fractal globule as a model of chromatin architecture in the cell,Cromosome Res. 19, 37 (2011).14.M. Cates and J. Deutsch, Conjectures on the statistics of ring polymers, J. de Physique, 47,2121 (1986).15.Sakaue T, Ring Polymers in Melts and Solutions: Scaling and Crossover, Phys Rev Lett.,106, 167802 (2011).10116.Sakaue T, Statistics and Geometrical Picture of Ring Polymer Melts and Solutions, Phys.Rev.
E, 85, 021806 (2012).17.Job Dekker, Karsten Rippe, et al., Capturing Chromosome Conformation, Science 295,1306 (2002)18.Dostie J, Job Dekker, Mapping networks of physical interactions between genomicelements using 5C technology, Nat Protoc., 2(4): 988-1002 (2007).19.Dostie J, T. Richmond, Job Dekker, et al., Chromosome Conformation Capture CarbonCopy (5C): A massively parallel solution for mapping interactions between genomicelements, Genome Res., 16(10): 1299-1309 (2006).20.Miele A., Gheldof N., Dekker J., et al., Mapping Chromatin Interactions by ChromosomeConformation Capture, Curr Protoc Mol Biol., 21: Unit 21.11 (2006).21.van Berkum NL, Dekker J., Determining Spatial Chromatin Organization of Large GenomicRegions Using 5C Technology, Methods Mol Biol, 567: 189-213 (2009).22.van Berkum NL, Lieberman-Aiden E, Hi-C: A Method to Study the Three-dimensionalArchitecture of Genomes, Journal of Visualized Experiments, 39, e1869 (2010).23.Bauman JG, Wieqant J, Borst P, van Duijn P, A new method for fluorescence microscopicallocalization of specific DNA sequences by in situ hybridization of fluorochromelabelledRNA, Exp Cell Res., 128(2): 485-490 (1980).24.Arndt-Jovin DJ, Robert-Nicoud M, Kaufman SJ, Jovin TM, Fluorescnce Digital ImagingMicroscory in Cell Biology, Science, 230: 4723 (1985).25.van der Engh G, Sachs R, Trask BJ, Estimating Genomic Distance from DNA SequenceLocation in Cell Nuclei by a Random Walk Model, Science, 257: 1410-1412 (1992).26.Levsky JM, Singer RH, Fluorescence in situ hybridization: past, present and future, 28332838 (2003).27.Speicher MR, Carter NP, The new cytogenetics: blurring the boundaries with molecularbiology, Nat Rev Genet., 10: 782-792 (2005).28.Bridger JM, Volpi EV, Fluorescence in situ Hybridization (FISH), Methods in MolecularBiology, 659 (2010).29.E.
Lieberman-Aiden, N.L. van Berkum, L. Williams, M. Imakaev, T. Ragoczy, A. Telling,I. Amit, B.R. Lajoie, P.J. Sabo, M.O. Dorschner, et al, Comprehensive mapping of longrange interactions reveals folding principles of the human genome, Science 326, 289(2009).10230.J.E. Dixon, S. Selvaraj, F. Yue, A.
Kim, Y. Li, Y. Shen, M. Hu, J.S. Liu, and B. Ren,Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatininteractions, Nature, 485 376 (2012)31.T. Sexton, E. Yaffe, E. Kenigsberg, F. Bantignies, B. Leblanc, M. Hoichman, H. Parrinello,A. Tanay, and G.
Cavalli, Three-dimensional folding and functional organization principlesof the Drosophila genome, Cell, 148 458 (2012).32.Y. Zhang, R.P. McCord, Y.-J. Ho, B.R. Lajoie, D.G.Hildebrand, A.C. Simon, M.S.Becker,F.W. Alt, and J.Dekker, Spatial organization of the mouse genome and its role in recurrentchromosomal translocations, Cell, 148 908 (2012).33.Kues T, Peters R, Kubitscheck U, Visualization and Tracking of Single Protein Moleculesin the Cell Nucleus, Biological Journal, 80:2954-2967 (2001).34.Bronstein I, Israel Y, Kepten E, et al., Transient anomalous diffusion of telomeres in thenucleus of mammalian cells, Phys Rev Lett, 103: 08102 (2009).35.Burnecki K, Kepten E, Janczura J, Universal Algorithm for Identification of FractionalBrownian Motion.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
