非遗传异质性临界性与细胞分化

生物体中不同的细胞类型通过细胞分化过程获得其身份，在该过程中多能祖细胞分化为不同的细胞类型。实验证据和对大规模微阵列数据的分析确立了一个双基因模体在多种细胞系统的细胞分化中发挥的关键作用。这两个基因表达转录因子，它们相互抑制对方的表达并自激活自身的产生。最近基于该双基因模体提出了许多理论模型，以提供对细胞分化如何发生的物理理解。在本文中，我们研究了一个简单的细胞分化模型，该模型假设转录因子对基因表达的调控不存在协同性。后者通过 DNA 结合直接相互抑制活性，并通过形成异二聚体间接相互抑制。我们具体研究了确定性过程与随机性如何共同促成细胞分化。我们模型的确定性动力学导致从未分化的稳定稳态到两个分化的稳定稳态的超临界叉式分岔。我们利用基于朗之万方程和线性噪声近似的方法研究了模型的随机动力学。模拟结果为最近的实验观测提供了新的物理理解。我们进一步提出测量蛋白质涨落中的方差和滞后 -1 自相关函数等量，作为细胞分化过程中接近分岔点的早期特征。