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时间依赖性刺激对细胞核和细胞质mRNA波动的调节:分析分布。 (英语) Zbl 1492.92026

小结:环境刺激的时间变化导致基因表达的变化。由于后者很吵,并且在mRNA分子的出生和死亡之间发生了许多反应事件,因此了解刺激如何影响在不同亚细胞位置测量的转录物数量是很有意义的。在这里,我们构建了一个随机模型,描述信号依赖性基因表达及其转录下游的传播动力学。对于任何时间依赖性刺激和假设突发性基因表达,我们设计了一种程序,使我们能够获得mRNA数量在其生命周期的各个阶段的时间依赖性分布,例如在转录位点的初生形式、核中的剪接后,以及在其输出到细胞质后。我们还导出了近似中误差的表达式,并通过随机模拟验证了其准确性。我们发现,根据振荡频率和测量时间,刺激可以导致细胞质放大或转录噪声衰减。

理学硕士:

92C40型 生物化学、分子生物学

软件:

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全文: 内政部

参考文献:

[1] Suter,D.M。;莫利纳,N。;加特菲尔德,D。;施耐德,K。;Schibler,美国。;Naef,F.,《哺乳动物基因以截然不同的爆发动力学转录》,《科学》,332,6028,472-474(2011)
[2] 多诺万,B.T。;Huynh,A。;鲍尔,D.A。;帕特尔,H.P。;波里埃,M.G。;拉尔森·D·R。;Ferguson,M.L。;Lenstra,T.L.,Live-cell imaging揭示转录因子、核小体和爆发之间的相互作用,EMBO J.,38,12,Article e100809 pp.(2019)
[3] Tunnacliffe,E。;Chubb,J.R.,什么是转录爆发?,趋势Genet。,36, 4, 288-297 (2020)
[4] 斯温,P.S。;Elowitz,M.B。;Siggia,E.D.,基因表达随机性的内在和外在贡献,Proc。国家。阿卡德。科学。,99, 20, 12795-12800 (2002)
[5] 尼古拉斯,D。;菲利普斯,N.E。;Naef,F.,什么形成了真核生物转录爆发?,分子生物晶体。,13, 7, 1280-1290 (2017)
[6] 罗德里格斯,J。;Larson,D.R.,《活细胞中的转录:破裂的分子机制》,年。生物化学评论。,89, 189-212 (2020)
[7] Van Kampen,N.G.,《物理和化学中的随机过程》,第1卷(1992年),爱思唯尔出版社
[8] 佩科德,J。;Ycart,B.,基因产物合成的马尔科夫模型,Theor。大众。《生物学》,48,222-234(1995)·Zbl 0865.92006
[9] 拉尔森·D·R。;辛格·R·H。;Zenklusen,D.,基因表达的单分子观点,Trends Cell Biol。,19, 11, 630-637 (2009)
[10] 周,T。;Zhang,J.,多状态基因模型的分析结果,SIAM J.Appl。数学。,72, 3, 789-818 (2012) ·Zbl 1253.92027号
[11] 曹,Z。;Grima,R.,真核细胞随机基因表达详细模型的分析分布,Proc。国家。阿卡德。科学。,117, 9, 4682-4692 (2020)
[12] 贾,C。;辛格,A。;Grima,R.,由大小依赖性基因表达和细胞大小控制机制引起的浓度波动,BioRxiv(2021)
[13] 哈姆,L。;R.D.Brackston。;Stumpf,M.P.,基因表达中的外在噪音和重尾定律,《物理学》。修订稿。,124,10,第108101条pp.(2020)
[14] Braichenko,S。;Holehouse,J。;Grima,R.,区分哺乳动物基因表达模型:电报样模型与机械模型,J.R.Soc.Interface,18,183,Article 20210510 pp.(2021)
[15] Albert,J.,基因启动子动力学的详细模型揭示了生产性伸长的进入是一个高度准时的过程(2022年),arXiv预印本arXiv:2201.13092
[16] Filatova,T。;波波维奇,N。;Grima,R.,转录起始、延伸、暂停和终止随机模型中新生和成熟RNA波动的统计,公牛。数学。生物学,83,1,1-62(2021)·Zbl 1460.92075号
[17] 孙,Q。;焦,F。;林·G。;Yu,J。;Tang,M.,细胞周期耦合转录中mRNA水平的非线性动力学和波动,PLoS Compute。生物学,15,4,文章e1007017 pp.(2019)
[18] 佩雷斯·卡拉斯科,R。;Beentjes,C。;Grima,R.,《细胞周期变异对信使RNA丰度谱系和群体测量的影响》,J.R.Soc.Interface,17,168,第20200360页,(2020)
[19] Szavits-Nossan,J。;Grima,R.,Mean-field理论准确地捕捉了mRNA生命周期中拷贝数分布的变化,Phys。版本E,105,1,第014410条pp.(2022)
[20] 史密斯,M。;索尔塔尼,M。;Kulkarni,R。;Singh,A.,核输出过程对随机基因表达的调节,(2021年第60届IEEE决策与控制会议(CDC)(2021),IEEE),655-660
[21] 戈林,G。;Pachter,L.,突变转录模型的特殊功能方法,Phys。版本E,102,2,第022409条pp.(2020)
[22] 霍夫曼,A。;列夫琴科,A。;斯科特,M.L。;Baltimore,D.,《i(kappa B)-NF-(kappa-B)信号模块:时间控制和选择性基因激活》,《科学》,29855961245(2002)
[23] 蔡,L。;Dalal,C.K。;Elowitz,M.B.,频率调制核定位爆发协调基因调控,《自然》,455,7212,485-490(2008)
[24] 郝,N。;O'Shea,E.K.,转录因子易位的信号依赖动力学控制基因表达,Nat.Struct。分子生物学。,19, 1, 31-39 (2012)
[25] Paszek,P。;杰克逊,医学博士。;怀特,M.R.,《信号分子的振荡控制》,电流。操作。遗传学。Dev.,20,6,670-676(2010)
[26] Murugan,A。;侯赛因,K。;Rust,M.J。;Hepler,C。;Bass,J。;Pietsch,J.M。;斯温,P.S。;Jena,S.G。;托特彻,J.E。;Chakraborty,A.K.,《时变环境中的生物路线图》,《物理学》。生物学,18,4,文章041502 pp.(2021)
[27] Berezhkovskii,A.M。;样品,C。;Shvartsman,S.Y.,建立形态梯度需要多长时间?,生物物理学。J.、99、8、L59-L61(2010)
[28] 格林,O。;科佩,M。;Wieschaus,E.,《二倍体梯度建模》,《发展》,137,14,2253-2264(2010)
[29] Kavousanakis,M.E。;Kanodia,J.S。;Kim,Y。;Kevrekidis,I.G。;Shvartsman,S.Y.,二倍体梯度的分区模型,Dev.Biol。,345, 1, 12-17 (2010)
[30] Shvartsman,S.Y。;Baker,R.E.,形态发生梯度的数学模型及其对基因表达的影响,Wiley Interdiscip。版本:Dev.Biol。,1, 5, 715-730 (2012)
[31] Xu,H。;塞普尔夫达,洛杉矶。;Figard,L。;Sokac,A.M。;Golding,I.,《结合蛋白质和mRNA量化破译转录调控》,《自然方法》,12,8,739-742(2015)
[32] Kanodia,J.S。;Rikhy,R。;Kim,Y。;Lund,V.K。;德洛托,R。;李平科特-施瓦茨,J。;Shvartsman,S.Y.,背部形态发生梯度的动力学,Proc。国家。阿卡德。科学。,106, 51, 21707-21712 (2009)
[33] 达尔·R·D。;拉祖基,B.S。;辛格,A。;西瓜,T.V。;McCollum,J.M。;考克斯,C.D。;辛普森,M.L。;Weinberger,L.S.,转录突发频率和突发大小在人类基因组中受到同等调制,Proc。国家。阿卡德。科学。,109, 43, 17454-17459 (2012)
[34] 李,C。;塞斯布伦,F。;Oehler,M。;布鲁纳,M。;Höfer,T.,转录爆发的频率调制可实现灵敏和快速的基因调控,细胞系统。,6, 4, 409-423 (2018)
[35] 塞内卡尔,A。;Munsky,B。;普罗克斯,F。;Ly,N。;Braye,F.E。;齐默,C。;米勒,F。;Darzacq,X.,转录因子调节c-Fos转录爆发,《细胞报告》,8,1,75-83(2014)
[36] Dattani,J。;Barahona,M.,基因转录与上游驱动的随机模型:精确解和样本路径特征,J.R.Soc.Interface,14,126,Article 20160833 pp.(2017)
[37] 曹,Z。;Grima,R.,随机动力学下基因调控网络的线性映射近似,自然通讯。,9, 1, 1-15 (2018)
[38] 焦,F。;林·G。;Yu,J.,使用稳态公式近似基因转录动力学,Phys。E版,104,1,第014401条,pp.(2021)
[39] Jędrak,J。;Ochab-Marcinek,A.,以复合泊松过程形式产生分子的基因表达随机模型的时间依赖解,Phys。E版,94,3,第032401条pp.(2016)
[40] 汉森,M.M。;德赛,R.V。;辛普森,M.L。;Weinberger,L.S.,转录噪声的细胞质扩增产生大量细胞间变异,细胞系统。,7, 4, 384-397 (2018)
[41] 哈尔彭,K.B。;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)
[42] Lim,Y.R。;Kim,J.-H。;帕克,S.J。;Yang,G.-S。;Song,S。;Chang,S.-K。;Lee,N.K。;Sung,J.,《由活跃细胞内网络操作的活细胞概率行为的定量理解》,Phys。第X版,第5、3条,第031014页(2015年)
[43] 帕克,S.J。;Song,S。;Yang,G.-S。;Kim,P.M。;Yoon,S。;Kim,J.-H。;Sung,J.,控制基因表达的化学涨落定理,自然通讯。,9, 1, 1-12 (2018)
[44] Song,S。;Yang,G.-S。;帕克,S.J。;洪,S。;Kim,J.-H。;Sung,J.,《化学涨落的频谱:反应机理和动力学的探索》,公共科学图书馆-计算机。生物学,15,9,文章e1007356 pp.(2019)
[45] 波拉德·T·D。;恩肖,W.C。;Lippincott-Schwartz,J。;Johnson,G.,《细胞生物学电子书》(2016),爱思唯尔健康科学
[46] 托斯特文,F。;de Ronde,W。;Ten Wolde,P.R.,基因调节中频率和幅度解码的可靠性,物理学。修订稿。,第108、10条,第108104页(2012年)
[47] 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)
[48] Berg,O.G.,微生物种群中蛋白质数量统计波动的模型,J.Theoret。《生物学》,71、4、587-603(1978)
[49] 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。,105, 45, 17256-17261 (2008)
[50] Paulsson,J。;O.G.Berg。;Ehrenberg,M.,《随机聚焦:波动增强的细胞内调节敏感性》,Proc。国家。阿卡德。科学。,97, 13, 7148-7153 (2000)
[51] 李强。;黄,L。;Yu,J.,通过随机信号调节突发性基因表达的第一代时间,数学。Biosci公司。工程师,第14、5和6页,第1261页(2017年)·兹比尔1367.92035
[52] Gillespie,D.T.,化学动力学的随机模拟,年。物理版。化学。,58, 35-55 (2007)
[53] 加德纳,W.A。;纳波利塔诺,A。;Paura,L.,《循环平稳性:半个世纪的研究》,《信号处理》。,86, 4, 639-697 (2006) ·Zbl 1163.94338号
[54] 沃伦,P.B。;塔纳塞·尼古拉,S。;ten Wolde,P.R.,线性生化反应网络中噪声功率谱的精确结果,J.Chem。物理。,第125、14条,第144904页(2006年)
[55] 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)
[56] (Olver,F.W.J.;Olde Daalhuis,A.B.;Lozier,D.W.;Schneider,B.I.;Boisvert,R.F.;Clark,C.W.;Miller,B.R.;Saunders,B.V.;Cohl,H.S.;McClain,M.A.,NIST数字函数库(2022)),http://dlmf.nist.gov/(2022-01-15第1.1.4版)
[57] 阿布拉莫维茨,M。;Stegun,I.A。;Danos,M。;Rafelski,J.,《数学函数袖珍书:数学函数手册简编》(1984),Verlag Harri Deutsch·Zbl 0643.33002号
[58] 拉杰,A。;Peskin,C.S。;Tranchina,D。;瓦尔加斯,D.Y。;Tyagi,S.,哺乳动物细胞中的随机mRNA合成,《公共科学图书馆·生物学》。,4、10,文章e309 pp.(2006)
[59] 曾克鲁森,D。;拉尔森·D·R。;Singer,R.H.,Single-RNA计数揭示了酵母中不同的基因表达模式,Nat.Struct。分子生物学。,15, 12, 1263-1271 (2008)
[60] 拉莫斯,A.F。;因诺琴蒂尼,G.C。;Hornos,J.E.M.,自我调节基因的精确时间依赖解决方案,Phys。E版,第83、6条,第062902页(2011年)
[61] 贾,C。;Grima,R.,快速切换条件下自动调节基因的动态相图,J.Chem。物理。,第152、17条,第174110页(2020年)
[62] 贾,C。;Li,Y.,具有复杂启动子转换机制的基因表达模型的分析时间依赖性分布,BioRxiv(2022)
[63] Veerman,F。;马尔,C。;Popović,N.,基因表达随机模型的时间依赖传播子:一种分析方法,数学杂志。生物学,77,2261-312(2018)·Zbl 1426.35217号
[64] Choubey,S.,Nascent RNA动力学:转录模型的瞬态和稳态行为,Phys。E版,97,2,第022402条pp.(2018)
[65] 施诺尔,D。;Sanguinetti,G。;Grima,R.,《随机生物化学动力学的近似和推断方法——教程综述》,J.Phys。A、 第50、9条,第093001页(2017年)·Zbl 1360.92051号
[66] Wilkinson,D.J.,《系统生物学随机建模》(2018),查普曼和霍尔/CRC
[67] 沙赫勒扎伊,V。;Ollivier,J.F。;Swain,P.S.,有色外在波动和随机基因表达,分子系统。生物学,4,1,196(2008)
[68] Epperson,J.F.,《数值方法与分析导论》(2021),John Wiley&Sons·Zbl 1469.65002号
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