Analysis of a non-Markov transcription model with nuclear RNA export and RNA nuclear retention

Qiqi Deng; Aimin Chen; Huahai Qiu; Tianshou Zhou; Qiqi Deng; Aimin Chen; Huahai Qiu; Tianshou Zhou

doi:10.3934/mbe.2022392

数学生物科学与工程

2022,第19卷, 第8版: 8426-8451. 数字对象标识：10.3934/mbe.2022392年

研究文章

具有核RNA输出和核保留的非马尔可夫转录模型分析

1
中山大学数学学院计算科学广东省重点实验室，广州510275
2
河南大学数理统计学院，开封475004
三。
武汉纺织大学数理学院，武汉430200

学术编辑：Ulf Schmitz

收到：2022年4月7日 修订过的：2022年5月23日 认可的：2022年5月29日 出版：2022年6月9日

转录涉及基因激活、核RNA输出（NRE）和RNA核保留（RNR）。所有这些过程都是多步骤的生化过程。多步骤反应过程可以在反应事件之间创建记忆，从而导致非马尔科夫动力学。这提出了一个尚未解决的问题：在同时考虑NRE和RNR的情况下，分子记忆如何影响随机转录？为了解决这个问题，我们分析了一个非马尔可夫模型，该模型考虑了多步激活、多步NRE和多步RNR可以解释许多实验现象。为了求解这个模型，我们为每个反应引入一个有效的转化率。这些有效的转换率明确地解码了分子记忆的影响，可以将原始的非马尔可夫问题转换为等效的马尔可夫模型。基于这项技术，我们得出了分析结果，表明分子记忆可以显著影响细胞核和细胞质mRNA的平均值和噪声。除了研究分子记忆在基因表达中的作用外，我们的建模和分析还为研究更复杂的随机转录过程提供了一个范例。
- 转录,
- RNA核保留,
- 分子存储器,
- 非马尔可夫模型,
- 转录噪声
引用：邓奇奇，陈爱民，邱华海，周天寿。核RNA输出和核保留的非马尔可夫转录模型分析[J]。数学生物科学与工程，2022，19（8）：8426-8451。doi:10.3934/mbe.2022392

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摘要

转录涉及基因激活、核RNA输出（NRE）和RNA核保留（RNR）。所有这些过程都是多步骤的生化过程。多步骤反应过程可以在反应事件之间创建记忆，从而导致非马尔科夫动力学。这提出了一个尚未解决的问题：在同时考虑NRE和RNR的情况下，分子记忆如何影响随机转录？为了解决这个问题，我们分析了一个非马尔可夫模型，该模型考虑了多步激活、多步NRE和多步RNR可以解释许多实验现象。为了求解这个模型，我们为每个反应引入一个有效的转化率。这些有效的转换率明确地解码了分子记忆的影响，可以将原始的非马尔可夫问题转换为等效的马尔可夫模型。基于这项技术，我们得出了分析结果，表明分子记忆可以显著影响细胞核和细胞质mRNA的平均值和噪声。除了研究分子记忆在基因表达中的作用外，我们的建模和分析还为研究更复杂的随机转录过程提供了一个范例。

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