基因调控级联中计时精度的内在极限
其他定量生物学
2025-12-25 v1
摘要
当调控蛋白的浓度达到临界阈值时，会触发多种细胞过程。以往的分析已对单基因系统的计时统计特性进行了表征。然而，许多生物计时器基于基因级联，这些基因依次相互激活。在此，我们利用爆发-稀释混合随机模型，建立了一个分析框架来描述此类级联的计时精度。我们首先重新审视了单基因情况，并重现了已知结果，即存在一个最优激活阈值，可使首达时间（FPT）变异性最小。将此概念扩展到双基因级联，我们确定了由内在噪声水平比值和蛋白质稀释速率决定的三个不同优化区域，定义了与单基因策略相比，耦合何时改善或恶化计时精度。推广到任意基因长度的级联，我们获得了一个简单的数学条件，该条件根据新基因的内在噪声和蛋白质稀释速率，决定级联中的新基因何时能够降低计时噪声。在相同基因级联的具体情况下，我们的分析结果预测，随着级联长度的增加，FPT噪声会受到抑制，并且存在一个平均时间，可降低相对时间波动。总之，这些结果定义了基因调控级联中计时精度的内在极限，并为探索生物系统中的时间控制提供了一个极简的分析框架。
引用
@article{arxiv.2512.20933,
title = {Intrinsic limits of timekeeping precision in gene regulatory cascades},
author = {Juan Sebastian Hernandez and Cesar Nieto and Juan Manuel Pedraza and Abhyudai Singh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.20933},
year = {2025}
}