乳糖操纵子诱导与双模态的动力学方法

当分子相互作用相对于回路动力学足够快时，准平衡近似是可接受的，但当细胞活动由稀有事件主导时，该近似不再适用。一个典型例子是乳糖操纵子（lac），它是转录调控最著名的范式之一，对其行为的描述仍有多种理论并存。lac系统通常使用平衡常数进行分析，这与Novick和Weiner（1957）早已提出的单事件假说以及近期在（Choi等人，2008）研究中得到完善的假说相矛盾。在本报告中，一项lac阻遏蛋白（LacI）介导的DNA免疫沉淀实验揭示，体内形成的天然LacI-lac DNA复合物相对于lac表达动力学的时间尺度极其紧密且长寿命，这可能在功能上断开流产性表达爆发，并禁止使用标准的lac双稳态模式。作为替代方案，本文考察了纯动力学机制限制诱导的能力，通过：（i）与主要向后不对称随机游走的到达时间方差相关的广泛分散的去阻遏，以及（ii）在单次去阻遏窗口中出现的诱导阈值，无需借助非线性多聚体结合和希尔函数。将lac阻遏蛋白从lac启动子的完全脱离视为瞬态逐步机制的随机结果，足以解释作为时间和诱导物浓度函数的S形lac响应。这种S形可能被误导性地解释为经典用于解释双稳态的平衡协同现象，但据报道该现象在此系统中很弱。