We develop a lattice model of site-specific DNA-protein interactions under in vivo conditions where DNA is modelled as a self-avoiding random walk that is embedded in a cubic lattice box resembling the living cell. The protein molecule searches for its cognate site on DNA via a combination of three dimensional (3D) and one dimensional (1D) random walks. Hopping and intersegmental transfers occur depending on the conformational state of DNA. Results show that the search acceleration ratio (= search time in pure 3D route/search time in 3D and 1D routes) asymptotically increases towards a limiting value as the dilution factor of DNA (= volume of the cell/the volume of DNA) tends towards infinity. When the dilution ratio is low, then hopping and intersegmental transfers significantly enhance the search efficiency over pure sliding. At high dilution ratio, hopping does not enhance the search efficiency much since under such situation DNA will be in a relaxed conformation that favors only sliding. In the absence of hopping and intersegmental transfers, there exists an optimum sliding time at which the search acceleration ratio attains a maximum in line with the current theoretical results. However, existence of such optimum sliding length disappears in the presence of hopping. When the DNA is confined in a small volume inside the cell resembling a natural cell system, then there exists an optimum dilution and compression ratios (= total cell volume/volume in which DNA is confined) at which the search acceleration factor attains a maximum especially in the presence of hopping and intersegmental transfers. These optimum values are consistent with the values observed in the Escherichia coli cell system. In the absence of confinement of DNA, position of the specific binding site on the genomic DNA significantly influences the search acceleration. However, such position dependent changes in the search acceleration ratio will be nullified in the presence of hopping and intersegmental transfers especially when the DNA is confined in a small volume that is embedded in an outer cell.

我们在体内开发了一种位点特异性 DNA-蛋白质相互作用的晶格模型DNA 被建模为嵌入在类似于活细胞的立方晶格盒中的自我避免随机游走的条件。蛋白质分子通过三维 (3D) 和一维 (1D) 随机游走的组合搜索其在 DNA 上的同源位点。跳跃和段间转移取决于 DNA 的构象状态。结果表明，随着 DNA 的稀释因子（= 细胞体积/DNA 体积）趋于趋近，搜索加速比（= 纯 3D 路径中的搜索时间/3D 和 1D 路径中的搜索时间）逐渐向极限值增加无限。当稀释率较低时，跳跃和段间转移显着提高了纯滑动的搜索效率。在高稀释比下，跳跃并不能大大提高搜索效率，因为在这种情况下，DNA 将处于一个放松的构象，只支持滑动。在没有跳跃和段间转移的情况下，存在搜索加速比达到最大值的最佳滑动时间，与当前的理论结果一致。然而，这种最佳滑动长度的存在在跳跃的存在下消失了。当 DNA 被限制在类似于自然细胞系统的细胞内的小体积中时，存在一个最佳稀释和压缩比（= 总细胞体积/DNA 被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，尤其是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 在没有跳跃和段间转移的情况下，存在搜索加速比达到最大值的最佳滑动时间，与当前的理论结果一致。然而，这种最佳滑动长度的存在在跳跃的存在下消失了。当 DNA 被限制在类似于自然细胞系统的细胞内的小体积中时，存在一个最佳稀释和压缩比（= 总细胞体积/DNA 被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，尤其是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 在没有跳跃和段间转移的情况下，存在搜索加速比达到最大值的最佳滑动时间，与当前的理论结果一致。然而，这种最佳滑动长度的存在在跳跃的存在下消失了。当 DNA 被限制在类似于自然细胞系统的细胞内的小体积中时，存在一个最佳稀释和压缩比（= 总细胞体积/DNA 被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，尤其是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 根据目前的理论结果，存在搜索加速比达到最大值的最佳滑动时间。然而，这种最佳滑动长度的存在在跳跃的存在下消失了。当 DNA 被限制在类似于自然细胞系统的细胞内的小体积中时，存在一个最佳稀释和压缩比（= 总细胞体积/DNA 被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，尤其是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 根据目前的理论结果，存在搜索加速比达到最大值的最佳滑动时间。然而，这种最佳滑动长度的存在在跳跃的存在下消失了。当 DNA 被限制在类似于自然细胞系统的细胞内的小体积中时，存在一个最佳稀释和压缩比（= 总细胞体积/DNA 被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，尤其是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 那么存在一个最佳的稀释和压缩比（=总细胞体积/DNA被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，特别是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致 那么存在一个最佳的稀释和压缩比（=总细胞体积/DNA被限制的体积），在该比例下，搜索加速因子达到最大值，特别是在存在跳跃和段间转移的情况下。这些最佳值与观察到的值一致大肠杆菌细胞系统。在没有 DNA 限制的情况下，基因组 DNA 上特异性结合位点的位置显着影响搜索加速。然而，在存在跳跃和段间转移的情况下，搜索加速比的这种位置相关变化将被抵消，特别是当 DNA 被限制在嵌入外部细胞的小体积中时。