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Finite-Size Conformational Transitions: A Unifying Concept Underlying Chromosome Dynamics

Communications in Theoretical Physics 2014年第10期61卷 607-616页

作者： Bertrand R.Caré Pascal Carrivain Thierry Forné Jean-Marc Victor Annick Lesne Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée CNRS UMR 7600UPMC University Paris 06F-75005ParisFrance CNRS GDR 3536 UPMC University Paris 06F-75005ParisFrance Institut de Génétique Humaine CNRS UPR 1142 MontpellierFrance Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier CNRS UMR 5535University of MontpellierMontpellierFrance Kavli Institute for Theoretical Physics China CAS

Investigating average thermodynamic quantities is not sufficient to understand conformational transitions of a finite-size polymer. We propose that such transitions are better described in terms of the probability distribution of some finite-size order parameter, and the evolution of this distribution as a control parameter varies. We demonstrate this claim for the coil-globule transition of a linear polymer and its mapping onto a two-state model. In a biological context, polymer models delineate the physical constraints experienced by the genome at different levels of organization,from DNA to chromatin to chromosome. We apply our finite-size approach to the formation of plectonemes in a DNA segment submitted to an applied torque and the ensuing helix-coil transition that can be numerically observed, with a coexistence of the helix and coil states in a range of parameters. Polymer models are also essential to analyze recent in vivo experiments providing the frequency of pairwise contacts between genomic loci. The probability distribution of these contacts yields quantitative information on the conformational fluctuations of chromosome regions. The changes observed in the shape of the distribution when the cell type or the physiological conditions vary may reveal an epigenetic modulation of the conformational constraints experienced by the chromosomes.

关键词： coil-globule transition helix-coil transition chromosome conformational capture two-state model

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