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Dynamic Simulation of active/inactive Chromatin Domains

Odenheimer, Jens

German Title: Dynamische Simulation aktiver/inaktiver Chromatin Domänen

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Abstract

In this thesis a new model is presented, which describes the formation of higher order chromatin structures with the help of polymer physics for the first time. It is a block-copolymer model for the compactification of the 30nm Chromatin fiber into higher order structures. The idea is that basically every condensing agent (HMG/SAR, HP1, cohesin, condensin, DNA-DNA interaction...) can be modelled as an effective attractive potential of specific chain segments. This way the formation of individual 1Mbp sized rosettes from a linear chain could be observed. Furthermore several Mbp of fiber were simulated, up to an entire chromosome and finally the entire nucleus of Drosophila Melanogaster. The simulation results were compared to experimental data and good agreement was found. The results have been published in the journals Eur. Biophys. J., Int. J. Mod. Phys. C, Int. J. Biol. Phys. and Biophys. Rev. Lett. A detailed list can be found in the appendix. Part of the computation was done on the IBM Blue Gene/L supercomputer at the Forschungszentrum Jülich.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird ein neues Modell vorgestellt, welches mit Hilfe der Polymerphysik zum ersten Mal die Bildung höherer Organisationsstufen von Chromatin beschreibt. Es handelt sich um ein mesoskopisches Block-Copolymer Modell der 30nm Chromatin Fiber. Verschiedene Substanzen, welche eine Kondensierung bewirken, können als ein effektives attraktives Potential bestimmter Kettenglieder modelliert werden. Auf diese Weise beobachtet man die Entstehung von einzelnen 1Mbp Rosetten aus einer linearen Kette. Ferner wurden mehrere Mbp simuliert, bis hin zu einen ganzen Chromosom und schließlich wurde die Simulation eines ganzen Zellkerns von Drosophila Melanogaster durchgeführt. Die Simulationsdaten wurden mit Experimenten verglichen und lieferten eine gute Übereinstimmung. Die Ergebnisse wurden unter anderem bereits in den Zeitschriften Eur. Biophys. J., Int. J. Mod. Phys. C, Int. J. Biol. Phys. und Biophys. Rev. Lett. veröffentlicht. Eine detailierte Liste befindet sich im Anhang. Simulationen wurden unter anderem auch auf dem IBM Blue Gene/L Supercomputer im Forschungszentrum Jülich durchgeführt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Heermann, Prof. Dr. Dieter W.
Date of thesis defense: 21. June 2006
Date Deposited: 04. Jul 2006 08:39
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Chromatin, Biophysik, Computersimulation, Strukturbildung
Uncontrolled Keywords: Chromatin , Biophysics , Computer Simulation , Structure Formation
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