基因调控网络的稳定性

细胞中蛋白质浓度的稳态对其正常功能至关重要，这要求浓度（在其稳态水平）对涨落稳定。由于基因表达受诸如转录因子（TFs）等蛋白质调控，细胞内全部蛋白质构成了一个由相互作用组分组成的大系统。此处，我们通过将生长细胞中mRNA与蛋白质浓度的动力学耦合，探究影响该系统稳定性的因素。我们发现，若调控强度或系统规模过大，蛋白质浓度可能变得不稳定，且网络的其他全局结构特征可显著增强系统稳定性。特别地，在给定相同蛋白质数、TF数、相互作用数和调控强度下，类似于二部图且靶向TF的相互作用比例较低的网络具有更高的稳定概率。通过对 $\textit{E. coli.}$ 转录网络进行打乱，我们发现具有相同调控相互作用数的随机化网络远比真实网络更可能不稳定。这些发现表明，系统稳定性所施加的约束可能在进化过程中塑造现有调控网络时发挥了作用。我们还发现，与随机矩阵理论预期及文献中所主张的相反，mRNA的降解速率并不影响系统是否稳定。