集合、动力学与细胞类型:从统计力学视角重审细胞调控
分子网络
2019-02-04 v1 无序系统与神经网络
生物物理
摘要
基因调控网络控制着个体发育。五十年来,布尔网络一直作为此类系统的模型,从作为基因调控一般性质模型的随机布尔网络集合,到真实细胞越来越多子网络的工作动力学模型。与此同时,其统计力学也得到了深入研究。本文在当前理论与实证研究的背景下重述其最初动机。我们讨论以动力学吸引子建模细胞类型的随机布尔网络集合。其中一个子集合为临界集合。现有有力证据表明,基因调控网络在动力学上处于临界状态,且进化正在探索该临界子集合。此子集合的一般性质预测了细胞分化的本质特征。特别地,此类网络中吸引子数量随 DNA 含量以 0.63 次幂缩放。关于细胞类型数量随每细胞 DNA 含量变化的数据显示出 0.88 的缩放关系。因此,该理论正确预测了细胞类型数与每细胞 DNA 含量之间的幂律关系及相近斜率。我们讨论了这些新的缩放值,并展示了以布尔网络作为系统生物学基础模型的新研究方向前景。
引用
@article{arxiv.1902.00483,
title = {Ensembles, Dynamics, and Cell Types: Revisiting the Statistical Mechanics Perspective on Cellular Regulation},
author = {Stefan Bornholdt and Stuart Kauffman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.00483},
year = {2019}
}
备注
22 pages, article will be included in a special issue of J. Theor. Biol. dedicated to the memory of Prof. Rene Thomas