非相干前馈遗传模体的随机分析

基因产物（RNA、蛋白质）在单个细胞内通常以低分子计数存在，因此随时间在拷贝数上受到相当大的随机涨落（噪声）影响。毫不奇怪，细胞编码了多种调控机制来缓冲噪声。其中一种机制是非相干前馈回路。我们分析了该回路的一个简化版本，其中上游调节因子 X 同时影响蛋白质 Y 的生产与降解。因此，X 拷贝数的任何随机增加都会同时增加生产和降解，使 Y 的水平保持不变。为了研究其随机动力学，我们使用化学主方程公式将该网络建立为数学模型。我们证明，如果 Y 的生产和降解对 X 的函数依赖相似，则 Y 拷贝数的稳态分布与 X 无关。为了探究 Y 中的涨落如何向下游传播，引入了生产速率仅依赖于 Y 的蛋白质 Z。有趣的是，结果显示尽管 Y 的噪声大小与 X 无关，但 Z 中的噪声程度随 X 中的噪声增加而增加。这种反直觉的结果出现是因为 X 增强了 Y 中涨落的时间尺度，从而放大了下游过程中的涨落。总之，虽然前馈系统可以缓冲蛋白质免受其上游调节因子噪声的影响，但由于涨落时间尺度的变化，噪声可以向下游传播。