基于层次马尔可夫模型的离子通道模态门控建模

许多离子通道在不同活动水平之间自发切换。尽管这种被称为模态门控的行为已被观察良久，但目前仍未被充分理解。尽管恰当表征活动变化对于准确捕获离子通道的时间过程数据至关重要，但目前尚无建模模态门控的系统方法。在本文中，我们开发了一种模块化方法，通过迭代过程构建此类模型。首先，模式间的随机切换以及模式内的随机开放与关闭分别在独立的聚合马尔可夫模型中表示。其次，本文提出的连续时间层次马尔可夫模型这一新建模框架，使我们能够组合这些组件，从而在集成模型中同时恰当表示模式切换以及模式内的动力学。数学分析揭示，层次马尔可夫模型的行为自然取决于其组件的性质。我们还展示了如何使用实验数据对层次马尔可夫模型进行参数化，并表明相较于同一数据集的先前模型，它提供了更好的表征。由于越来越多的证据表明模态门控反映了通道蛋白的潜在分子特性，我们的新方法可能比早期模型更好地捕捉生物物理过程。