DNA transformation, cell epigenetic landscape and open complex dynamics in cancer development

Методы статистической термодинамики применены для мезоскопического описания трансформаций ДНК, обусловленных коллективными модами дисторсии (открытыми комплексами) – разрывами водородных связей между комплементарными парами оснований. Описания снованы на сочетании мезоскопических представлений динамики ДНК (модель Пейрара–Бишопа) и полевых представлений (обобщение подхода Гинзбурга–Ландау) для анализа коллективной динамики открытых комплексов в ансамбле ДНК. Динамика коллективных мод связывается с различными сценариями экспрессии генов, соответствующими статистически обоснованному виду неравновесного потенциала (эпигенетическому ландшафту), который отражает статистически установленные закономерности критичности (структурно-скейлинговые переходы) в среде с мезоскопическими дефектами (открытыми комплексами). Принципиальное различие рассматриваемых мезоскопических и полевых представлений обусловлено условиями “термализации”: термическими флуктуациями при инициировании ансамбля конечно-амплитудных мод открытых комплексов в молекуле ДНК (бризеров) и механобиологическими свойствами, обусловленными значениями параметра структурного скейлинга, определяющего взаимодействие в ансамбле открытых комплексов и формирование коллективных мод. Показано, что коллективные моды открытых комплексов имеют природу автомодельных решений (бризеров, автосолитонных мод и диссипативных структур обострения) полученных эволюционных уравнений для соответствующих переменных, характеризующих открытые комплексы. Коллективные моды представляют фазовые координаты соответствующих аттракторов нелинейной системы, определяющих различную динамику экспрессии и множественную метастабильность эпигенетического потенциала (диаграммы Хуанга для экспрессии генов). Установлено существование качественно различных сценариев экспрессии, соответствующих динамике нелинейной системы в присутствие установленных аттракторов, которые могут быть ассоциированы с динамикой нормальных и раковых клеток. Показано соответствие установленных сценариев динамики экспрессии данным лазерной интерферометрии прижизненной динамики нормальных и раковых клеток.