转录调控精度的下界

转录因子扩散到达 DNA 上的启动子位点，设定了细胞调节其蛋白水平的精度下界。利用扩散影响反应的相关文献结果，我们推导出了转录调控精度下界的解析表达式。在我们的理论中，转录因子在结合启动子之前，可以沿 DNA 进行多轮一维扩散并在细胞质中进行三维扩散。将我们推导的精度下界表达式与格林函数反应动力学 (Green's Function Reaction Dynamics) 模拟结果进行比较，表明该理论在生物相关条件下具有高度准确性。我们的结果表明，在极好的近似下，启动子在转录因子结合态与未结合态之间的切换遵循马尔可夫方式。即使在存在滑动（即沿 DNA 的一维扩散）的情况下，这一结论依然成立。这具有两个重要含义：(1) 最小化启动子状态的噪声等同于最小化转录因子寻找其启动子的搜索时间；(2) 细胞质中三维扩散和沿 DNA 一维扩散的复杂动力学，可以通过重整化启动子结合与解离速率，在充分搅拌模型中得以捕捉，从而能够利用 Gillespie 模拟高效地模拟启动子动力学。基于近期实验观察到滑动可将启动子搜索速度提高 4 倍，我们的理论预测滑动可将转录调控的精度提高 2 倍。