Mechanical causes and implications of repetitive DNA motifs

DNA 最大值和最小值 染色质 计算 重复序列 DNA测序 碱基对 生物 计算生物学 遗传学 进化生物学 物理 算法 数学 基因 基因组 数学分析
作者
Paul A. Torrillo,David Swigon
标识
DOI:10.1101/2024.04.06.588425
摘要

Abstract Experimental research suggests that local patterns in DNA sequences can result in stiffer or more curved structures, potentially impacting chromatin formation, transcription regulation, and other processes. However, the effect of sequence variation on DNA geometry and mechanics remains relatively underexplored. Using rigid base pair models to aid rapid computation, we investigated the sample space of 100 bp DNA sequences to identify mechanical extrema based on metrics such as static persistence length, global bend, or angular deviation. Our results show that repetitive DNA motifs are overrepresented in these extrema. We identified specific extremal motifs and demonstrated that their geometric and mechanical properties significantly differ from standard DNA through hierarchical clustering. We provide a mathematical argument supporting the presence of DNA repeats in extremizing sequences. Finally, we find that repetitive DNA motifs with extreme mechanical properties are prevalent in genetic databases and hypothesize that their unique mechanical properties could contribute to this abundance.

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