具有缓慢启动子动力学的基因调控网络中的多模态性
分子网络
2018-06-27 v3
摘要
在无遗传变异情况下的表型变异性常反映与底层基因调控网络 (GRNs) 相关的复杂能量景观。在此观点下，不同表型与复杂非线性系统的另类状态相关联：确定性模型中的稳定吸引子，或随机描述中平稳分布的模式。我们提供这些景观的理论与实际刻画，特别聚焦于随机缓慢启动子动力学——当转录因子结合与解离受诸如 DNA 甲基化和染色质重塑等表观遗传过程影响时相关的时间尺度。在这种情况下，除数值模拟外大体未被探索，启动子动力学的绝热近似并不合适。与现有文献相反，我们提供多模态的严格解析刻画。一个通用的形式化方法可洞察参数的影响，并预测 GRN 连线的改变（例如通过突变或人工干预）如何影响另类状态的可能数目、位置和可能性。我们改编奇异扰动理论数学领域的工具，将 GRN 的化学主方程的平稳分布表示为泊松分布的混合，并得到亚稳态的位置和概率作为描述系统的参数函数的显式公式。作为示例，该理论用于梳理随机模型中协同结合的作用（与确定性模型相比），并应用于各种模型系统，如孤立或通信群体中的双稳态开关、合成振荡器以及转分化网络。
引用
@article{arxiv.1705.02330,
title = {Multi-modality in gene regulatory networks with slow promoter kinetics},
author = {M. Ali Al-Radhawi and Domitilla Del Vecchio and Eduardo D. Sontag},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.02330},
year = {2018}
}