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随着分子生物学的发展,特别是对单个生物大分子研究的不断深入,光镊、磁镊等新型实验手段运用到生物大分子的研究中去,使人们对染色体的第一个结构层次,即DNA与组蛋白八聚体的相互作用有了更深的认识。本课题主要运用布朗动力学,基于最新的实验进展,从理论上研究了DNA与组蛋白八聚体相互作用的动力学过程。
首先,我们建立简单的DNA和组蛋白八聚体的模型,并选用合适的势能,模拟了DNA与组蛋白相互作用的动力学过程。从模拟结果,看到DNA缠绕到组蛋白八聚体上,形成核小体结构。在引入位点的强相互作用后,模拟用光镊拉伸核小体链的单分子实验,得到与实验一致的拉伸曲线,在拉伸曲线中出现了平台和锯齿状结构。
为了进一步研究DNA与组蛋白八聚体相互作用过程中组蛋白八聚体的运动细节,以及组蛋白八聚体的手征性对核小体手征性的影响,我们建立具有手征性的组蛋白八聚体的空间模型,并模拟DNA与其相互作用的动力学过程。从模拟结果看,在DNA与组蛋白八聚体相互作用的过程中,组蛋白八聚体相对于DNA有转动,不同的转动方向导致形成的核小体具有不同的手征性。同时发现,组蛋白八聚体只需要维持一个相对较弱的手征性就能使得最终形成的核小体手征性与之对应。因此,我们认为,核小体的手征性是由组蛋白八聚体的手征性决定的。同时提出组蛋白八聚体的转动模型来解释了DNA与组蛋白八聚体的相互作用的动力学过程。
最后,研究染色质重组复合物对核小体结构的影响。实验中发现,染色质重组复合物在消耗ATP水解能后,能够推动核小体定向移动,在这个过程中,DNA弯曲是一个重要的因素。为此,我们建立模型,研究当染色质重组复合物在核小体的一端产生一个DNA弯曲后,核小体是否会定向移动。从模拟结果看,核小体中的组蛋白八聚体会沿着DNA向核小体一端的DNA弯曲移动,使得核小体重新定位。根据模拟结果,提出组蛋白八聚体的滑动模型来解释染色质重组复合物与核小体的相互作用。