随机过程耦合与生物学中的 canalization 实现的噪声抑制
分子网络
2013-02-11 v1
摘要
由于化学反应物以低拷贝数存在，随机性是真核细胞环境中不可避免的特征。Delbr\"uck 很久以前预测的这一现象 \cite{delbruck40}，在荧光技术发展后，已在原核 \cite{elowitz02,cai06} 和真核 \cite{blake03} 细胞中被检测到。另一方面，发育中的生物体，例如果蝇 ({\em D. melanogaster})，展现出极其精确的蛋白质/mRNA 浓度时空模式 \cite{gregor07b,manu09a,manu09b,boettiger09}。生物体的这两个特征看似矛盾：精确的蛋白质浓度模式是多个相互作用的随机化学反应的结果。主要问题是建立生化机制以耦合随机反应，从而发生 canalization，即波动减弱而非放大。在此，我们探索了一种耦合两个随机过程的模型，其中组合过程的噪声可以小于孤立过程的噪声。当且仅当模型的随机变量之间存在负协方差时，才会发生这种 canalization。我们的结果是在负自调控或外源调控的二元基因的主方程框架下获得的，表明负自调控 \cite{becskei00} 导致的精确控制是因为它可能产生负协方差。我们的结果表明，在随机化学反应的耦合中，负协方差是发育过程精确性背后的理论机制。
引用
@article{arxiv.1302.1909,
title = {Noise reduction by coupling of stochastic processes and canalization in biology},
author = {Alexandre F. Ramos and Jose Eduardo M. Hornos and John Reinitz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.1909},
year = {2013}
}