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马克·斯特罗克;李世玉;沙赫雷扎伊，瓦希德

核划分对自激基因表达随机动力学的影响。 （英语） Zbl 1381.92029号

J.西奥。生物。 424, 55-72 (2017).
摘要：基因表达是一个固有的噪声过程。这种噪音通常被认为是有害的，因为生化反应的精确内部调节对细胞生长和生存至关重要。基因表达的自我抑制是负反馈回路的最简单形式，通常被认为是细胞系统用来减少基因表达的随机波动。当自动调节存在一定延迟时，也相信该系统会产生振荡。在真核细胞中，在细胞核中合成的mRNA必须输出到细胞质才能在蛋白质合成中发挥作用，而蛋白质必须从细胞质运输到细胞核才能调节基因的表达水平。因此，核转运在真核基因表达和调控中起着关键作用。最近的一些研究表明，mRNA的核保留可以控制mRNA表达中的噪音。然而，核转运对蛋白质噪声的影响及其与负反馈调节的相互作用尚不完全清楚。在本文中，我们系统地比较了四种不同的简单基因表达模型。通过模拟并将线性噪声近似应用于相应的化学主方程，我们研究了负自动调节反馈回路中核输入和输出对基因表达噪声的影响。我们首先给出了与文献一致的结果，即负反馈可以有效缓冲蛋白质水平的变化，而核保留可以降低mRNA噪声水平。有趣的是，我们发现，当负反馈与核保留相结合时，可以观察到基因表达噪声的放大，并依赖于核移位率。最后，我们研究了核划分对自激基因表现随机振荡动力学能力的影响。

引用于4文件

MSC公司：

92C40型 生物化学、分子生物学
92立方厘米 系统生物学、网络
62页第10页 统计学在生物学和医学中的应用；元分析

关键词：

随机基因表达;负面反馈;核分隔;振荡

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朱莉娅
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\textit{M.Sturrock}等人，J.Theor。生物学424，55--72（2017；Zbl 1381.92029）
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参考文献：

[1] Acar，M。；Mettetal，J.T。；van Oudenaarden，A.，波动环境中作为生存策略的随机切换，自然遗传学。，40471-475（2008年）
[2] 艾伯特·J。；Rooman，M.，细胞核是精确时间模式的必要组成部分吗？，《公共科学图书馆·综合》，10，7，e0134239（2015）
[3] 阿尔伯茨，B。；约翰逊，A。；刘易斯，J。；拉夫，M。；罗伯茨，K。；Walter，P.，《细胞分子生物学》（2008），加兰科学、泰勒和弗朗西斯集团有限公司：加兰科学，泰勒和弗朗西丝集团有限公司牛津
[4] 阿莫林，M。；Cotobal，C.公司。；C.邓肯。；Mata，J.，细胞分化过程中转录控制和mRNA衰变的全球协调，分子系统。生物，6（2010）
[5] 阿萨夫，M。；罗伯茨，E。；佐治亚州舒尔滕。；Goldenfeld，N.，自我调节基因中外源性噪声驱动的表型转换，Phys。修订稿。，111, 058102 (2013)
[6] Bahar Halpern，K。；卡斯皮，I。；Lemze，D。；利维，M。；兰登，S。；Elinav，E。；乌里茨基，I。；Itzkovitz，S.，哺乳动物组织中mRNA的核保留，细胞代表，13，12，2653-2662（2015）
[7] 巴里奥，M。；Burrage，K。；Leier，A。；Tian，T.，hes1的振荡调节：离散随机延迟建模与仿真，PLoS ONE，2，e117（2006）
[8] 北巴蒂奇。；斯托格，T。；Pelkmans，L.，《单个哺乳动物细胞中转录变异的控制》，《细胞》，163，7，1596-1610（2015）
[9] Becskei，A。；Serrano，L.，通过自动调节在基因网络中的工程稳定性，《自然》，405，590-593（2000）
[11] 布莱克·W。；凯恩，M。；康托，C。；Collins，J.J.，真核生物基因表达中的噪声，《自然》，422633-637（2003）
[12] Boyer，L。；Lee，T。；科尔，M。；约翰斯通，S。；莱文，S。；Zucker，J。；Guenther，M。；库马尔，R。；Murray，H。；Jenner，R。；吉福德博士。；梅尔顿博士。；Jaenisch，R。；Young，R.，《人类胚胎干细胞的核心转录调控电路》，《细胞》，122947-956（2005）
[13] Busenberg，S。；Mahaffy，J.M.，空间扩散与抑制遗传控制模型中延迟的相互作用，J.Math。生物学，22313-333（1985）·Zbl 0593.92010
[14] Caravagna，G。；Mauri，G。；d'Onofrio，A.，《生物分子网络中固有和外在有界噪声的相互作用》，《公共科学图书馆·综合》，8，2，e51174（2013）
[15] 克里斯蒂亚诺（Christiano，R.）。；Nagaraj，N。；Fröhlich，F。；Walther，T.C.，酵母S.cerevisiae和S.pombe的全球蛋白质组周转分析，细胞代表，9，5，1959-1965（2014）
[16] 库珀，G.M。；Hausman，R.E.，《细胞：分子方法》（2004），美国机械工程师学会出版社
[17] 科特雷尔，D。；斯温，P。；Tupper，P.，基因表达的随机分支扩散模型，PNAS，109，9699-9704（2012）
[18] Elf，J。；Ehrenberg，M.，用线性噪声近似快速评估生化网络的波动，《基因组研究》，13，11，2475-2484（2003）
[19] Elowitz，M。；莱文，A。；Siggia，E。；Swain，P.，单细胞中的随机基因表达，《科学》，2971183-1186（2002）
[20] 福尔，C.P。；马兰，E.S。；Wagner，J.M。；Tyson，J.J.，计算细胞生物学（2002），纽约斯普林格·Zbl 1010.92019年
[21] 圣方济各会。；Caravagna，G。；毛里，G。；d'Onofrio，A.，基因转换率决定了对自我激活转录网络基序中外部扰动的反应，Sci。代表，626980（2016）
[22] Geva-Zatorsky，N。；德克尔，E。；Batchelor，E。；拉哈夫，G。；Alon，U.，《p53反馈回路的傅里叶分析和系统识别》，Proc。国家。阿卡德。科学。美国，10713550-13555（2010）
[23] Gillespie，D.T.，模拟耦合化学反应随机时间演化的一般方法，计算机。物理。，22403-434（1976年）
[24] Goodwin，B.C.，酶控制过程中的振荡行为，高级酶调节。，3, 425-428 (1965)
[25] 格林鲍姆，D。；Colangelo，C。；威廉姆斯，K。；Gernstein，M.，比较基因组尺度上的蛋白质丰度和mRNA表达水平，基因组生物学。，4, 117 (2003)
[26] Griffith，J.S.，《细胞控制过程数学》。I.对一个基因的负面反馈，J.Theor。《生物学》，202-208年第20期（1968年）
[27] Hirata，H。；吉村，S。；大冢，T。；Bessho，Y。；原田，T。；吉川，K。；Kageyama，R.，负反馈回路调节的bhlh因子hes1的振荡表达，《科学》，298，840-843（2002）
[28] Jensen，M.H。；斯内彭，J。；Tiana，G.，蛋白质Hes1基因表达的持续振荡和时间延迟，FEBS Lett。，541, 176-177 (2003)
[29] Kagemyama，R。；大冢，T。；Kobayashi，T.，Hes1基因家族：调控胚胎发生的阻遏物和振荡器，发育，1341243-1251（2007）
[30] 小林，T。；Kageyama，R.，Hes1通过抑制Notch信号调节胚胎干细胞分化，Genes to Cells，15，689-698（2010）
[31] 小林，T。；Kageyama，R.，Hes1振荡有助于胚胎干细胞的异质分化反应，Genes（Basel）。，2, 219-228 (2011)
[32] 小林，T。；水野，H。；伊马约希，I。；Furusawa，C。；Shirahige，K。；Kageyama，R.，循环基因hes1有助于胚胎干细胞的不同分化反应，Genes（&）Dev.，231870-1875（2009）
[33] 拉哈夫，G。；罗森菲尔德，N。；西格尔，A。；Geva-Zatorsky，N。；莱文，A.J。；Elowitz，M.B。；Alon，U.，单个细胞中p53-mdm2反馈回路的动力学，自然遗传学。，36, 147-150 (2004)
[34] Lee，T。；Rinaldi，N。；罗伯特·F。；奥多姆·D。；Bar-Joseph，Z。；Gerber，G。；Hannett，N。；Harbison，C。；汤普森，C。；西蒙，I。；Zeitlinger，J。；詹宁斯，E。；Murray，H。；B.戈登。；Ren，B。；Wyrick，J。；Tagne，J。；Volkert，T。；Fraenkel，E。；Gifford，D。；Young，R.，《酿酒酵母的转录调控网络》，《科学》，298799-804（2002）
[35] 莱斯塔斯，I。；Vinnicombe，G。；Paulsson，J.，《抑制分子涨落的基本极限》，《自然》，467，7312，174-178（2010）
[36] Mahaffy，J.M.，带扩散和延迟的遗传控制模型，数学。生物科学。，90, 519-533 (1988) ·Zbl 0684.92012号
[37] Mahaffy，J.M。；Pao，C.V.，具有时间延迟和空间效应的抑制遗传控制模型，J.Math。生物学，20，39-57（1984）·Zbl 0577.92010
[38] Marguerat，S。；施密特，A。；科德林，S。；Chen，W。；Aebersold，R。；Bähler，J.，《增殖细胞和静止细胞中裂变酵母转录体和蛋白质组的定量分析》，《细胞》，151，3，671-683（2012）
[39] Monk，N.A.M.，转录时间延迟驱动Hes1、p53和NF-kB的振荡表达，Curr。《生物学》，第13期，1409-1413页（2003年）
[40] 纳尔逊医学博士。；伊赫克瓦巴，A.E.C。；Elliott，M。；约翰逊·J·R。；Gibney，C.A。；Foreman，B.E。；Nelson，G。；参见，V。；霍顿，C.A。；斯皮勒，D.G。；爱德华兹，S.W。；麦克道尔，H.P。；Unitt，J.F。；沙利文，E。；Grimley，R。；北卡罗来纳州本森。；布鲁姆黑德（D.Broomhead）。；Kell，D.B。；White，M.R.H.，NF-kB信号的振荡控制基因表达的动力学，《科学》，306704-708（2004）
[41] Oyarzún，D。；卢加涅，J。；Stan，G.，代谢控制合成基因回路中的噪声传播，ACS Synth。生物学，4，2，116-125（2015）
[42] 菲利普斯，N.E。；曼宁，C.S。；佩蒂尼，T。；比加，V。；Marinopoulou，E。；斯坦利，P。；博伊德，J。；巴格纳尔，J。；Paszek，P。；Spiller，D.G.，mir-9/hes1振荡网络中的随机性可以解释分化时间的克隆异质性，Elife，5，e16118（2016）
[44] Raser，J.M。；O'Shea，E.K.，《基因表达中的噪音：起源、后果和控制》，《科学》，309，5743，2010-2013（2005）
[45] 罗森菲尔德，N。；Elowitz，M。；美国阿隆，《负性自动调节加快转录网络的响应时间》，《分子生物学杂志》。，323, 785-793 (2002)
[46] Savageau，M.A.，诱导型操纵子中经典和自体调节系统的比较，《自然》，252、5484、546-549（1974）
[47] Shahrezaei，V。；Ollivier，J.F。；Swain，P.S.，有色外源波动和静止不动基因表达，分子系统。生物学，4，1-9（2008）
[48] 沙赫勒扎伊，V。；Swain，P.S.，随机基因表达的分析分布，Proc。国家。阿卡德。科学。美国，105，45，17256-17261（2008）
[49] 沙赫勒扎伊，V。；Swain，P.S.，《生物化学网络的随机性》，Curr。操作。生物技术。，19, 369-374 (2008)
[50] 辛普森，M.L。；考克斯，C.D。；Sayler，G.S.，自动调节基因电路中噪声的频域分析，Proc。国家。阿卡德。科学。美国，100,84551-4556（2003）
[51] 辛格，A。；Bokes，P.，mRNA转运对蛋白质水平随机变异的影响，生物物理学。J.，103，5，1087-1096（2012）
[52] 辛格，A。；Hespanha，J.P.，自动调节基因网络中噪声抑制的最佳反馈强度，生物物理学。J.，96，4013-4023（2009）
[53] 辛格，A。；拉祖基，B.S。；达尔·R·D。；Weinberger，L.S.，《蛋白质噪音动力学可以区分基因表达变异的替代来源》，分子系统。生物，8，1-9（2012）
[54] 史密斯，S。；Shahrezaei，V.，一维一步主方程的一般瞬态解，物理学。E版，91、6、62119（2015）
[55] Sturrock，M。；Hellander，A。；Aldakheel，S。；Petzold，L.公司。；Chaplain，M.A.J.，Hes1基因调控网络中二聚体和核转运的作用，公牛。数学。《生物学》，76766-798（2014）·Zbl 1297.92032号
[56] Sturrock，M。；Hellander，A。；Matzavinos，A。；Chaplain，M.A.J.，Hes1基因调控网络的空间随机建模：内在噪声可以解释胚胎干细胞分化的异质性，J.R.Soc.Interface，10，80，20120988（2013）
[57] Sturrock，M。；默里，P.J。；马特扎维诺斯，A。；Chaplain，M.a.J.，基因调控网络空间随机模型的平均场分析，J.Math。《生物学》，71，921-959（2014）·Zbl 1350.92020年
[58] Sturrock，M。；Terry，A.J。；Xirodimas，D.P。；汤普森，A.M。；Chaplain，M.A.J.，Hes1和p53-Mdm2细胞内信号通路的时空建模，J.Theor。生物学，273，1，15-31（2011）·Zbl 1405.92085号
[59] Sturrock，M。；Terry，A.J。；Xirodimas，D.P。；汤普森，A.M。；Chaplain，M.A.J.，核膜、活性转运和细胞形状对hes1和p53-mdm2通路的影响：时空模型的见解，公牛。数学。《生物学》，741531-1579（2012）·Zbl 1312.92021号
[60] 斯温，P。；Elowitz，M。；Siggia，E.，基因表达随机性的内在和外在贡献，PNAS，9912795-12800（2002）
[61] Swain，P.S.，《通过转录后控制有效降低基因表达的随机性》，《分子生物学杂志》。，344, 4, 965-976 (2004)
[62] Tao，Y。；郑，X。；Sun，Y.，反馈调节对随机基因表达的影响，J.Theor。生物学，247827-836（2007）·Zbl 1455.92054号
[63] Terry，A.J。；Sturrock，M。；戴尔，J.K。；Maroto，M。；Chaplain，M.A.J.，斑马鱼分段时钟中Notch信号的时空模型：同步振荡动力学的条件，PLoS ONE，6，e16980（2011）
[64] 蒂夫里，D。；韦尔塔，A.M。；佩雷兹·鲁埃达，E。；Collado-Vides，J.，《从特定基因调控到基因组网络：大肠杆菌转录调控的全球分析》。，生物论文，20433-440（1998）
[65] 蒂亚娜，G。；詹森，M.H。；Snepen，K.，《作为p53网络中细胞凋亡诱导关键的时间延迟》，Eur.Phys。J.B，29，135-140（2002）
[66] Tigges，M。；Marquez-Lago，T。；斯特林，J。；Fussenegger，M.，可调谐合成哺乳动物振荡器，《自然》，457，7227，309-312（2009）
[67] Van Kampen，N.G。；Reinhardt，W.P.，《物理和化学中的随机过程》（2007），AIP
[68] Wang，J。；Lefranc，M。；Thommen，Q.，自激基因Biophys内在波动引起的随机振荡。J.，107，10，2403-2416（2014）
[69] 张杰。；袁，Z。；周，T.，生物网络中反馈噪声抑制的物理极限，物理学。生物学，6，4，046009（2009）
[70] van Zon，J.S。；莫雷利，M.J。；Tvanase-Nicola，S。；ten Wolde，P.R.，转录因子扩散可以显著增强基因表达中的噪音，Biophys。J.，91，12，4350-4367（2006）
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