Designing sequential transcription logic: a simple genetic circuit for conditional memory
学习和对重复事件做出反应的能力取决于记住过去接收到的短暂生物信号的能力。此外,可能希望记住或忽略这些瞬态信号,这些瞬态信号以在特定时间点或在独特环境中活动的其他信号为条件。在这里,我们提出了一个简单的遗传电路在细菌中,是能够有条件地记忆信号的形式的转录因子浓度。该电路的行为类似于电子电路中的“数据锁存器”,即,它仅在由“读取命令”调节时读取和存储输入信号。我们的电路是由两个相互抑制的基因组成的众所周知的遗传拨动开关(无条件闩锁)的大小相同,但补充了一个“监管前端”,涉及蛋白质异源二聚化作为一种简单的方式来实现条件控制。电路动力学的确定性和随机性分析表明,实验实现是可行的,基于良好的特征基因和蛋白质。分子网络在何种程度上能够有条件地存储细菌在自然环境中的信息尚不清楚。然而,我们的研究结果表明,这样的顺序逻辑元件可以很容易地实现细胞通过现有的蛋白质相互作用和简单的转录调控的组合。
2010-09-16 q-bio.MN
Information capacity of genetic regulatory elements
细胞外部或内部条件的变化通常反映在相关转录因子的浓度上。这些蛋白质反过来调节它们控制下的基因的表达水平,有时需要执行整合多个输入并影响多个基因的非平凡计算。与此同时,即使输入保持不变,受调控基因的活动也会波动,这是系统中固有噪声的结果,而这种噪声必然从根本上限制任何遗传计算的可靠性。在这里,我们使用信息理论来正式的概念,在简单的基因调控元件的存在下,物理现实的噪声源的信息传输。系统地探讨了这种“通道容量”对噪声参数、协同性和制造信号分子的成本的依赖性。我们发现,至少在原则上,高于一位的能力应该是可以实现的,因此遗传调控不限于使用二进制或“开-关”组件。
2007-09-26 q-bio.MN
Two Cellular Resource Based Models Linking Growth and Parts Characteristics Aids the Study and Optimization of Synthetic Gene Circuits
合成遗传电路开发中的一个主要挑战是电路的异源基因表达与宿主生长速率之间的相互依赖性。增加异源基因表达增加了宿主的负担,导致宿主生长减少;这降低了总体异源蛋白丰度。因此,很难设计出可预测的基因电路。在这里,我们开发了两个生物物理模型,一个为启动子,另一个为RBS,以关联异源基因表达和生长减少。我们在E.大肠杆菌来描述这种负担,即由遗传电路引起的生长减少。为了促进它们在遗传电路设计中的使用,模型的输入是生物部分的共同特征[例如相对启动子强度(RPU)和相对核糖体结合位点强度(RRU)]。模型表明,E.大肠杆菌的生长速率随着遗传电路的RPU / RRU的增加而线性降低;因此,提供了2个方便的模型,以部件特性作为输入来估计生长速率降低,用于在构建之前在计算机中微调遗传电路设计。我们的启动子模型与使用各种遗传电路(单表达盒和双表达盒)的实验具有良好的相关性,相对启动子单位高达3.7,生长率降低60%(平均R2 ~ 0.9)。
2023-02-19 cs.NA math.NA q-bio.MN
Deterministic and Stochastic Simulations of Simple Genetic Circuits
我们分析了三个简单的遗传电路,涉及转录调控和反馈:自动阻遏,开关和represilator,分别由一个,两个和三个基因。这种系统通常使用速率方程来模拟,该速率方程解释了这些基因产生的mRNA和蛋白质的浓度。当细胞中相关分子的浓度很大且波动可以忽略时,速率方程是合适的。然而,当电路中的一些蛋白质以低拷贝数出现时,波动变得重要,速率方程失效。在这种情况下,随机方法,如直接数值积分的主方程或蒙特卡罗模拟是必需的。在这里,我们提出了确定性和随机模拟的autorepressor,开关和repressilator。我们表明,波动引起这些系统的动力学定量和定性的变化。特别是,我们证明了一个波动引起的双稳态基因开关和噪声振荡的repressiator电路中获得的一个变种。
2007-03-13 q-bio.MN q-bio.QM
Physical approaches to the dynamics of genetic circuits: A tutorial
细胞行为受基因调控过程控制,基因调控过程本质上是动态和非线性的,并且受到不可忽略的随机波动的影响。这样的条件在物理系统中无处不在,几十年来人们一直使用统计和非线性物理学的工具来研究它们。这篇综述的目的是展示传统物理学中使用的方法如何帮助实现对活细胞的系统级理解。为此,我们提出了一个概述的动力学现象所表现出的遗传电路及其功能的意义。我们还描述了理论和实验方法,被用来解开电路结构和功能之间的关系,在动态细胞过程中的噪声的影响下,无论是在单细胞水平和细胞群体,其中细胞间的耦合起着重要的作用。
2011-05-22 nlin.AO physics.bio-ph q-bio.MN
Deterministic characterization of stochastic genetic circuits
对于其中分子数目小的细胞生物化学反应系统,显著的噪声与化学反应事件相关联。这种分子噪声可以引起与确定性速率方程模型的预测非常不同的行为。不幸的是,很少有分析方法来检查随机系统的定性行为。在这里,我们描述了这样一种方法,扩展确定性分析,包括由于分子噪声的领先阶校正。该方法允许的随机模型的稳态行为,易于计算,有利于映射的稳定性相图,包括随机效应,并揭示了模型参数如何影响噪声敏感性,在某种程度上无法访问的数值模拟。作为说明,我们考虑两个遗传电路:一个正反馈回路和一个负反馈振荡器。我们发现,在正反馈回路中,翻译激活导致一个比转录控制更稳定的系统。相反,在由正反馈开关触发的负反馈回路中,转录控制的随机性被利用来产生可再现的振荡。
2007-04-20 q-bio.MN q-bio.QM
Designing biological circuits: from principles to applications
遗传电路设计是合成生物学中的一个研究热点。自从第一个基因电路--阻遏器和拨动开关--被设计和实现以来,在这一研究领域已经取得了许多进展。目前的审查系统地组织了一些关键的工作在这一领域采用通用的框架广义形态分析。该领域的文献已被映射的基础上(a)所使用的设计方法,从蛮力搜索到控制理论的方法,(b)所采用的建模技术,(c)实现的各种电路功能,(d)关键设计特性,以及(e)用于遗传电路的鲁棒设计的策略。我们总结了我们的审查与展望多个令人兴奋的领域,为未来的研究,基于系统评估的关键研究差距,已经很容易解开我们的分析框架。
2021-11-05 cs.ET q-bio.MN
Analytic stability analysis of three-component self-regulatory genetic circuit
自我调节遗传回路,其中蛋白质充当其自身生产的正调节器,已知是具有正反馈回路的生物网络的最简单形式。虽然至少需要三种成分,DNA,RNA和蛋白质,以形成这样的电路,自我调节电路的固定点的稳定性分析已经被执行后,减少系统到一个两个组件系统组成的RNA和蛋白质,假设一个快速平衡的DNA成分。通过求全三维Hessian矩阵的特征值,分析了三分量正反馈回路不动点的稳定性。除了严格识别稳定不动点和鞍点之外,还可以获得详细的信息,例如鞍点附近的正特征值的数量。特别是,复杂的特征值显示存在足够慢的绑定和解绑定的自调节转录因子的DNA,导致振荡收敛到稳定状态,一个新的功能,在二维分析中看不见。
2014-08-09 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Biologic: Gene circuits and feedback in an introductory physics sequence for biology and premedical students
两个合成基因电路-遗传拨动开关和repressilator -定量分析和讨论的背景下,基因电路和反馈的教育模块,构成了为期一年的介绍性物理序列的最后一个主题,针对生物学和医学预科本科生。基因开关由两个基因组成,每个基因的蛋白质产物抑制另一个基因的表达,而阻遏物由三个基因组成,每个基因的蛋白质产物抑制下一个基因的表达。对基因开关的解析、数值和电子学处理表明,该基因电路实现了双稳态。再压器的简化处理表明,该电路可以实现持续振荡。在这两种情况下,得到一个“相图”,指定的区域的参数空间中的双稳态或振荡行为,分别发生。
2013-07-11 physics.ed-ph q-bio.MN
A simple mechanism for controlling the onset and arrest of collective oscillations in genetic circuits
我们研究一个系统的动力单元,其中每个显示兴奋或振荡的行为,这取决于参数的选择。当我们将这些单位与抑制键结合时,我们可以控制集体振荡的持续时间,使其在集体定点行为之间的中间时期。控制机制的工作原理是单调增加一个单一的分歧参数。振荡的开始和停止都是由于分叉造成的。根据耦合强度,网络拓扑结构和调谐速度,我们的数值模拟揭示了一个丰富的动态平衡,具有多个固有的时间尺度,长瞬态的稳态和有趣的瞬态模式,如自组织起搏器。放大到过渡区,我们追求沿着螺旋臂振荡的逮捕。我们指出可能的关系,分割时钟的遗传网络。
2014-02-05 nlin.AO physics.bio-ph q-bio.MN
Robustness of networked systems to unintended interactions with application to engineered genetic circuits
一个网络化的动力系统是由多个子系统通过预定的相互作用相互连接而成的。然而,在许多工程应用中,一个子系统也可以通过“非预期”的交互影响其他子系统,这可能会严重阻碍预期网络的行为。虽然非预期的相互作用可以建模为干扰输入的子系统,这些干扰依赖于网络的状态。因此,每个隔离子系统的干扰衰减特性单独地不足以确保网络行为对于非预期的交互是鲁棒的。在本文中,我们提供了充分的条件,子系统的动力学和相互作用的地图,使网络的行为是鲁棒的非预期的相互作用。这些条件要求每个子系统衰减恒定的外部干扰,是单调或“近单调”,非预期的相互作用地图是单调的,和规定的相互作用地图不包含反馈回路。我们利用这一结果来指导资源有限的遗传电路的设计。更一般地说,我们的研究结果提供了条件下,组成子系统的鲁棒性足以保证网络的鲁棒性,以意外的相互作用。
2020-09-09 cs.SY eess.SY q-bio.MN
The Dynamics of Hybrid Metabolic-Genetic Oscillators
细胞内回路的合成构建经常受到缺乏适当动力学和精确速率参数知识的阻碍。在这里,我们使用广义建模(GM)来研究一类称为“代谢子”的混合代谢-遗传回路的拓扑模型的动力学行为。在对动力学的温和假设下,我们使用GM来分析证明,所有在拓扑上类似于这样一个回路的显式动力学模型,即“核心代谢者”,都不能经历Hopf分叉。然后,我们研究更详细的模型的代谢。受实验观察到的核心代谢相关的综合构建的电路中的Hopf分叉的启发,我们应用GM来识别必须重新引入以恢复Hopf分叉的综合构建的代谢的关键组件。接下来,我们研究了一个重新布线版本的核心代谢,被称为“反向”代谢动力学,并表明它表现出一个显着丰富的动力学行为,包括本地和全球振荡。通过观察反向代谢的弛豫振荡,我们研究了遗传和代谢时间尺度的分离可能在其动力学中发挥的作用,并发现广泛分离的时间尺度促进了电路的稳定性。我们的研究结果说明了一个通用的管道,用于审查潜在的电路设计的潜在成功,简单地通过研究相应的广义模型的动态。
2013-05-13 nlin.AO q-bio.MN q-bio.QM
Testing the transition state theory in stochastic dynamics of a genetic switch
数值模拟了相互抑制的双基因电路中化学反应的随机动力学。当DNA状态的动力学变化缓慢时,该电路具有丰富多样的不同状态。这些状态之间的随机切换过渡的切换率的理论估计来自类似的过渡态理论的想法进行了比较。即使电路保持远离平衡,该方法给出了一个一致的解释的开关动力学的参数范围很广。然而,类似过渡态理论的估计不能描述涉及蛋白质分子数量极少的状态的跃迁。
2006-08-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio.MN
Coarse-Grained Modeling of Genetic Circuits as a Function of the Inherent Time Scales
从粗粒度的角度来看,自激活物种的基序,激活作为其自身阻遏物的第二物种,广泛存在于生物系统中,特别是在具有固有振荡行为的遗传系统中。在这里,我们考虑这个基序的一个具体实现作为一个遗传电路,其中基因被描述为直接产生蛋白质,省去了mRNA产生的中间步骤。我们专注于内在的时间尺度上的底层细粒度尺度上的分叉模式在一个较粗的时间尺度上的效果。时间尺度由转录因子与基因的启动子区域的结合和解结合速率设定。取决于这些速率的蛋白质的衰变时间的比率,获得粗粒度的描述的适当的平均程序的变化,并导致确定性方程组,这在其分叉结构不同。特别是,当基因的结合率与至少一种蛋白质的衰变时间相同或小于衰变时间时,所需的规则极限环的中间范围就会消失。我们的分析表明,共同的拓扑结构的广泛发现的主题本身并不一定意味着普遍的功能,在动态。
2016-01-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.MN
A proof-carrying architecture for synthetic genetic logic circuits under stochastic temporal contracts
Faculty of Computer Science, University of Vienna(维也纳大学计算机科学学院);Faculty of Informatics, TU Wien(维也纳工业大学信息学院)
本文提出证明携带合成生物学(PCS-Bio)架构,通过连接布尔等价、随机契约等义务,为无环基因逻辑电路提供时间精化保证,实验显示切片可降低风险与延迟。
2026-10-01 cs.LO q-bio.MN
Growth-rate-dependent dynamics of a bacterial genetic oscillator
具有振荡动力学的基因网络在生物学中广泛存在。引起振荡的最小调节设计已被综合实施并通过数学建模进行研究。然而,大多数现有的分析通常忽略了耦合的调节电路与蜂窝“底盘”,电路嵌入。例如,快速生长细菌的细胞内大分子组成随生长速率而变化。因此,基因表达的重要参数,如核糖体浓度或细胞体积,是生长速率依赖性的,最终将遗传电路的动力学与细胞生理学相结合。这项工作解决了一个典型的例子,基因振荡器,repressilator的动态增长率的影响。利用细菌中的参数的经验增长率依赖性,我们表明,repressilator动态可以切换振荡和收敛到一个固定点,这取决于细胞的生长状态,从而对营养物质,它是美联储之间。电路的物理支持(质粒的类型或染色体上的基因位置)也在确定振荡稳定性和周期与振幅的增长率依赖性方面起着重要作用。该分析在合成生物学领域具有潜在的应用,并且表明内源性遗传振荡器和细胞生理学之间的耦合可以对其功能产生实质性后果。
2013-01-30 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.QM
The Dynamics of Inducible Genetic Circuits
California Institute of Technology(加州理工学院);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Institute for Quantitative Biosciences-QB3(定量生物科学研究所-QB3);Chan Zuckerberg Biohub–San Francisco(钱泽克伯格生物中心旧金山分部)
本文提出使用统计力学模型研究可诱导基因电路的动力学,关注效应分子浓度而非传统参数,揭示生物参数调节调控motif稳定性的新视角。
2026-03-04 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.SC
Effects of cell cycle noise on excitable gene circuits
我们评估细胞周期噪声对基因电路动力学的影响。对于遗传开关和可兴奋电路,我们发现亚稳态之间的转换很可能发生在细胞分裂之后,并且这种浓度效应在转录延迟的存在下加剧。我们用一个三态随机模型解释了这种浓度效应。对于遗传振荡器,我们量化了由细胞分裂诱导的子细胞之间的时间相关性。为了准确量化基因网络中的噪声源,必须正确捕获时间相关性。
2016-05-30 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.QM
Noise-aided Logic in an Electronic Analog of Synthetic Genetic Networks
我们报告的实验验证噪声增强的逻辑行为的电子模拟的合成遗传网络,由两个阻遏物和两个组成型启动子。我们观察到电路测量和数值预测之间的良好协议,与电路允许在噪声的最佳窗口鲁棒的逻辑运算。也就是说,逻辑门的输入-输出特性在中等噪声下被忠实地再现,这是被称为逻辑随机共振的现象的表现。系统中的两个动态变量同时产生互补的逻辑行为。该系统很容易从AND/NAND演变为OR/NOR逻辑。
2013-08-20 physics.bio-ph q-bio.MN
Dichotomous noise models of gene switches
基因调控网络中的分子噪声有两个内在组成部分,一部分是由于蛋白质或mRNA分子的出生和死亡引起的波动,这些分子通常存在于小数量中,另一部分是由基因状态转换引起的,这是一个单分子事件。随机动力学的基因调控电路似乎是主要负责分叉成一组多吸引状态,编码不同的细胞表型。二分单分子基因噪声与遗传网络的非线性结构的相互作用产生了丰富而复杂的现象。在本文中,我们详细阐述了一个近似的框架,导致简单的混合多尺度计划非常适合于大规模细胞遗传电路的稳态特性的定量探索,通过基于轨迹统计的路径和分析,我们阐明了这些混合计划的基本主方程的连接,并提供了一个严格的理由,使用二分噪声为基础的模型来研究遗传网络。电路模型的数值模拟表明,单分子起源的遗传噪声对总噪声的贡献对于广泛的动力学制度是显着的。
2015-09-25 q-bio.MN
Distributed classifier based on genetically engineered bacterial cell cultures
我们描述了一个概念设计的分布式分类器形成的遗传工程微生物细胞的人口。其中心思想是从一群弱或简单的分类器中创建一个复杂的分类器。我们用随机化的合成生物传感器电路创建了一个主细胞群,该生物传感器电路对感兴趣的化学信号具有广泛的敏感性,这些化学信号形成了接受分类的输入向量。通过构建合成基因回路文库来实现随机化灵敏度,所述合成基因回路文库在前元件中具有随机化控制序列(例如核糖体-结合位点)。训练过程包括以这样的方式对主群体进行重新整形,即,其通过产生高于阈值的输出(例如荧光信号)和在“负”模式的情况下低于阈值的输出来共同响应输入信号的“正”模式。通过呈现连续的实施例并使用分级选择/反选择或通过荧光激活细胞分选(FACS)修剪群体来实现群体重塑。我们证明了这种系统的计算实验实施的可行性,使用一个现实的模型的合成传感基因电路。
2014-05-21 q-bio.MN q-bio.NC
Discrete time piecewise affine models of genetic regulatory networks
我们介绍了简单的模型,基因调控网络,我们进行数学分析,其动态。该模型是由分段仿射收缩映射产生的离散时间动力系统,其变量代表基因表达水平。当与其他模型的监管网络相比,这些模型有一个额外的参数被确定为量化的互动延迟。尽管它们很简单,但它们的动力学表现出丰富多样的行为。这种现象不仅限于分段仿射模型,而且扩展到光滑的非线性离散时间模型的调节网络。在第一步中,我们的分析关注的一般性质的网络上的任意图形(特征的吸引子,符号动力学,李雅普诺夫稳定性,结构稳定性,对称性等)。在第二步中,重点是简单的电路,吸引子和它的变化与参数的描述。在负电路的2个基因,提出了一个彻底的研究,其中涉及稳定的(准)周期振荡的单位圆上的旋转-旋转数连续和单调依赖于门限参数。这些规则振荡存在于具有任意数量基因的负回路中,它们最有可能在具有不可忽略的延迟效应的遗传系统中观察到。
2005-05-03 math.DS nlin.AO q-bio.MN
Emergent Correlations in Gene Expression Dynamics as Footprints of Resource Competition
遗传电路需要一个细胞环境来运行,这自然地将电路功能与基因调控网络的整体功能耦合在一起。为了执行它们的功能,所有基因回路都以RNA聚合酶、核糖体和tRNA的形式获取资源。最近的实验指出,资源竞争对合成电路输出的影响可能是巨大的。然而,电路架构的复杂性对资源共享动态的影响尚未被探索。在本文中,我们采用数学建模和计算机模拟实验来确定资源权衡的来源,并量化其对遗传电路功能的影响,将我们的重点放在直接下游蛋白质的调节上。我们以荧光报告分子为例,它通常被用作蛋白质读出。我们表明,估计基因表达动态从下游蛋白质数据的读数可能是不可靠的,当资源是有限的,核糖体亲和力是不对称的。我们专注于mRNA的拷贝数和RBS强度的非线性isocline出现两个政权,显着分离的临界点的影响,并研究如何相关和竞争占主导地位,取决于各种电路参数。进一步关注遗传切换电路,我们已经确定了资源竞争在这个模型的主题的主要影响,并量化的意见。观测结果在湿实验室实验中是可测试的,因为所选择的所有参数都是实验相关的。
2020-07-16 q-bio.MN q-bio.QM
The power of the AC-DC circuit: Operating principles of a simple multi-functional transcriptional network motif
基因编码的调节回路控制生物功能。系统生物学的一个主要焦点是通过建立特定结构和功能之间的关系来理解这些电路。特别令人感兴趣的是能够在不改变其拓扑结构的情况下执行不同行为的多功能电路。这种系统的一个特别简单的例子是AC-DC电路。在多个调节过程中发现,该回路由三个基因组成,它们以拨动开关和阻遏物的组合连接。利用动力系统理论,我们分析了现有的动力学制度,表明AC-DC可以表现出振荡和双稳态。我们发现,这两个动力学制度可以共存鲁棒性在同一区域的参数空间,产生新的紧急行为不提供给个别子网络组件。我们证明了AC-DC电路提供了一种在振荡和稳定表达之间快速切换的机制,并且在存在噪声的情况下,电路的多功能性提供了控制振荡的相干性的可能性。此外,我们提供的证据表明,一个振荡制度的可用性允许AC-DC电路的行为作为一个可激发的系统能够随机脉冲和空间信号传播。综合这些结果揭示了如何一个简单的AC-DC电路系统可以产生多个复杂的动力学行为在相同的参数范围内,非常适合于多功能合成遗传电路的建设。同样,分析揭示了这种电路的潜力,以促进不同的模式化机制的演变。
2017-08-16 q-bio.MN
Information transmission in genetic regulatory networks: a review
遗传调控网络使细胞能够通过动态协调其基因表达谱来响应内部和外部条件的变化。我们在这些生化回路中进行定量测量的能力加深了我们对基因调控网络可以执行何种计算以及具有何种可靠性的理解。这些进展促使研究人员寻找遗传调控网络的结构和功能之间的联系。在网络的输入和输出之间传输信息已经被提出作为一种可能的功能度量,在某些生物学背景下相关。在这里,我们总结了信息论在基因调控网络中应用的最新进展。我们首先回顾信息论中的基本概念,以了解最近的工作。然后,我们讨论了基因调控的功能复杂性所产生的调控相互作用的分子性质。最后,我们回顾了一些实验支持的观点,负责多细胞生物的早期发展的遗传网络可能会最大限度地提高传输的“位置”信息。
2011-01-21 physics.bio-ph q-bio.MN
Trading bits in the readout from a genetic network
该研究以果蝇早期胚胎间隙基因网络为例,探索遗传网络中浓度测量精度比特数与可提取相关信息比特数的交换,发现细胞提取位置信息需测量接近物理限制,且增强子增殖必要但无需参数微调。
2020-12-31 q-bio.MN
Noise expands the response range of the Bacillus subtilis competence circuit
基因调控电路必须与由于有限数量的蛋白质而产生的内在噪音作斗争。一个突出的例子是枯草芽孢杆菌中的感受态回路,它在感受态事件持续期间表现出比执行相同功能的合成构建的类似物大得多的噪声。在这里,使用随机建模和荧光显微镜,我们表明,这种较大的噪声允许细胞退出终端表型状态,这扩大了细胞响应的应激水平的范围,并导致在群体水平上的表型异质性。这是一个重要的例子,说明噪音如何在遗传决策回路中赋予功能性益处。
2015-08-30 q-bio.CB q-bio.MN
Optimizing information flow in small genetic networks. III. A self-interacting gene
活细胞必须控制其基因组中编码的信息的读出或“表达”,而这种调节通常由转录因子介导--转录因子是与DNA结合并增强或抑制附近基因表达的蛋白质。但转录因子蛋白的表达本身是受调节的,许多转录因子除了响应其他输入信号外,还调节自身的表达。在这里,我们分析了最简单的自我调节电路,询问如何选择参数,以优化信息传输从输入到输出的稳定状态。一些非零水平的自我调节几乎总是最佳的,当转录因子浓度低时自我激活占主导地位,当浓度高时自我抑制占主导地位。在稳定状态下,最佳的自激活从来没有强大到足以引起双稳态,虽然有一个限制,其中的最佳参数非常接近临界点。
2011-12-21 q-bio.MN
Optimizing information flow in small genetic networks. II: Feed forward interactions
活细胞功能的核心是其控制基因组中编码的信息的读出或表达的能力。在许多情况下,单个转录因子蛋白激活或抑制许多基因的表达。当转录因子的浓度变化时,靶基因因此经历相关的变化,并且这种冗余限制了细胞传递关于输入信号的信息的能力。我们探讨了靶基因之间的相互作用如何减少这种冗余并优化信息传递。我们的讨论建立在最近的工作[Tkacik et al,Phys Rev E 80,031920(2009)]上,并且与关于侧抑制在增强神经回路中信息传输效率中的作用的更早的工作有联系;为了简单起见,我们在这里考虑相互作用具有前馈结构的情况,没有环路。即使有这样的限制,优化信息传输的网络也有一个让人想起真实生物系统中网络的结构。
2009-12-30 q-bio.MN