基因调控网络瞬态动力学的定量分析

在随机过程中，噪声常常改变平均场动力学所给出的图像。特别地，当存在吸收态时，噪声会从平稳分布中抹去平均场方程的稳定不动点，并将其变为一个瞬态峰。我们针对一个具有正反馈的简单基因调控网络对这种效应进行定量分析，其中蛋白质在随机噪声存在下灭绝，而与确定性速率方程预测蛋白质数量收敛到非零值相反。我们表明瞬态峰出现在速率方程稳定不动点附近，且灭绝时间随随机噪声趋于零而指数发散。我们还展示了来自失活基因的基线表达如何缓解随机噪声的影响，并从不稳定不动点位置偏移的角度解释了噪声与基线表达的相反效应。利用生物学参数的数量级估计表明，对于真实的基因调控网络，随机噪声足够小，使得灭绝时间不仅远大于生物学相关时间尺度，而且基线表达的影响主导了随机噪声的影响，从而保护网络免于蛋白质灭绝这一灾难性稀有事件。