真核基因调控的景观与非平衡涨落

理解在不同时间尺度上发生的过程之间的相互作用是系统调控物理学中的一个挑战性问题。在基因调控中，染色质状态变化的尺度可能不同于产物蛋白浓度变化的尺度，这引出了关于如何理解其耦合动力学的疑问。本研究采用描述非平衡涨落景观与概率流动力学的随机模型，考察了这些不同时间尺度对真核基因调控的影响。该模型表明，染色质状态的缓慢、非绝热转变对基因调控动力学具有显著影响。模拟结果中概率流的圆形循环表明，在染色质状态转变速率较低的强非绝热 regime 中，产生最大熵。而在温和非绝热 regime 中，这种圆形循环促进了滞后现象，表明染色质状态的变化先于转录活性的变化。此外，基于小鼠胚胎干细胞中包含三个核心基因的电路模型的计算结果说明，时间尺度差异如何调节个别基因的涨落。这些发现突显了非绝热染色质状态转变在真核细胞基因调控中所具有的丰富效果。