空间效应对蛋白质-DNA 搜索速度与可靠性的影响

强有力的实验和理论证据表明，转录因子及其他特异性 DNA 结合蛋白通过双模式搜索寻找其位点：即在细胞内的三维扩散与沿 DNA 的一维滑动之间交替进行。我们考虑了空间效应在两个不同尺度上对该机制的作用。首先，通过表明转录因子的三维扩散通常是局部的，即转录因子落在与其解离位点相当近的位置，我们调和了最近的实验发现。其次，我们区分了两种类型的搜索：全局搜索和局部搜索。我们表明，这两种搜索在平均搜索时间和搜索时间的变异性方面存在显著差异。利用实验测得的参数值，我们还表明一维和三维搜索并未达到最优平衡，导致对搜索时间的估计值大得多。综合这些结果得出了若干生物学推论，包括关于原核生物和真核生物如何实现快速基因调控的建议，以及搜索机制与基因表达噪声之间的关系。