Evolution of regulatory networks towards adaptability and stability in a changing environment
多样性生物网络表现出不同于随机网络的普遍特征，引起了人们对多样性生物网络起源和意义的关注。在这里，我们提出了一个最小的进化模型的布尔调控网络，有选择地重新布线的链接，提高适应性不断变化的环境和稳定性对动态扰动的发展。我们发现，稀疏和异构的连接模式出现，这表明与真正的转录调控网络和代谢网络的定性协议。稳定性的特征标度行为反映了鲁棒性和灵活性之间的平衡。扰动传播中的波动标度显示出动态交叉，通过分别研究内部动力学的随机性和网络结构的不同，这取决于演化路径进行了分析。我们的研究描绘了进化的矛盾压力如何塑造生物网络，这可能有助于研究与环境相互作用的一般复杂系统。
2014-11-25 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.PE
Application of new probabilistic graphical models in the genetic regulatory networks studies
本文介绍了两种新的概率图模型，用于利用DNA微阵列数据重建遗传调控网络。一个是独立图（IG）模型的前向或后向搜索算法，另一个是高斯网络（GN）模型与一种新的贪婪搜索方法。这两个模型的性能进行了评估四个MAPK途径在酵母和三个模拟数据集。一般来说，IG模型提供稀疏图，但GN模型产生密集图，其中保留了更多关于基因-基因相互作用的信息。此外，我们发现在使用DNA微阵列数据预测遗传调控网络中存在两个关键限制，第一个是样本量的充足性，第二个是如果没有蛋白质水平的额外数据，可能无法捕获网络结构的复杂性。这些局限性存在于仅使用DNA微阵列数据的所有预测方法中。
2010-10-06 q-bio.MN q-bio.QM
Distribution of essential interactions in model gene regulatory networks under mutation-selection balance
基因调控网络通常具有低入度，由此任何给定的基因由网络中的少数基因调控。它们的出度也往往分布很广。什么样的机制可能对这些度分布负责？从一个公认的转录因子与DNA结合的框架开始，我们考虑一个简单的基因调控动力学模型。在那里，我们表明，选择一个目标表达模式导致出现的最低连接兼容的选择性约束。因此，这些基因网络具有低的度，并且“功能性”是简约的，即集中在稀疏数量的相互作用上，例如通过它们的必要性来测量。此外，我们发现转录因子的突变驱动网络具有广泛的出度。最后，这些类别的模型是可进化的，即显著不同的基因型可以在突变选择平衡下逐渐出现。
2010-06-18 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
A meta-analysis of Boolean network models reveals design principles of gene regulatory networks
该研究通过构建最大的专家整理布尔基因调控网络模型库并进行元分析，揭示了GRNs具有更高的渠化性、冗余性、稳定动力学及特定网络模体富集等设计原理，为理解进化偏好提供了基础。
2023-09-11 math.DS nlin.AO q-bio.MN
GPU-accelerated Modeling of Biological Regulatory Networks
本文提出利用GPU加速全局优化算法，提高生物调控网络逻辑模型参数搜索效率，实验显示GPU相比多线程CPU和串行CPU有显著提升。
2025-06-10 cs.PF math.OC q-bio.MN
Gene Regulatory Network Inference with Latent Force Models
University of Cambridge（剑桥大学）；Computer Laboratory（计算机实验室）
当从RNA测序时间序列数据构建基因调控网络（GRNs）时，蛋白质合成的延迟会导致混淆效应。准确的GRN在建模发展、疾病途径和药物副作用时非常有见地。我们提出了一个模型，其中包括翻译延迟相结合的机械方程和贝叶斯方法，以适应实验数据。这使得更大的生物可解释性，并且高斯过程的使用使得能够通过内核实现非线性表达以及自然地解释生物变异。
2020-10-06 cs.LG q-bio.MN
BRIDGE: Biological Evidence Refinement and Heterogeneous Dynamic Gating for Gene Regulatory Networks
College of Computer Science（计算机科学学院）；Sichuan University（四川大学）；Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry（新疆物理化学研究所）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；School of Mathematics（数学学院）；University of International Business and Economics（国际商务经济大学）；School of Artificial Intelligence and Data Science（人工智能与数据科学学院）
提出BRIDGE框架，通过共表达精炼视图和异质门控编码，从scRNA-seq数据中稳健推断基因调控网络，在多个基准数据集上取得最优性能。
2026-06-16 cs.AI cs.LG q-bio.MN
Mapping disease-regulatory flux through eQTL-based causal gene networks: a complex-trait framework applied to coronary artery disease
University of Bergen（卑尔根大学）；Karolinska Institutet（卡罗林斯卡学院）
GRN-TWAS通过整合基因调控网络拓扑结构，提升冠状动脉疾病基因-疾病关联研究的发现和解释能力。
2026-09-21 q-bio.GN q-bio.MN q-bio.QM
Adaptive gene regulatory networks
基因之间的调控相互作用显示出大量的跨物种变异性，即使潜在的功能是保守的：有许多方法可以实现相同的功能。在这里，我们调查的能力，调控网络重现给定的表达水平在一个简单的模型中的基因调控。我们发现一个指数级大的调控网络空间与一组给定的表达水平兼容，从而产生了广泛的网络熵。调控网络的典型实现被发现共享一个偏向对称的相互作用，在符合经验证据。
2009-02-17 q-bio.MN
Identifying Protein Co-regulatory Network Logic by Solving B-SAT Problems through Gate-based Quantum Computing
Vaccine and Infectious Disease Organization (VIDO) University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学疫苗与传染病组织）；Engineering Science, Faculty of Applied Science University of Toronto（多伦多大学应用科学学院工程学）；Centre for Quantum Topology and Its Applications (quanTA) Department of Mathematics and Statistics University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学数学与统计学院量子拓扑及其应用中心）
本文通过量子计算求解B-SAT问题，识别神经发育中5种脑皮层蛋白质的调控网络结构和布尔决策逻辑，展示了量子计算在生物调控网络建模中的潜力。
2025-07-17 cs.PF q-bio.MN quant-ph
Machine Learning Methods for Gene Regulatory Network Inference
University of Missouri（密苏里大学）
本文综述了基于机器学习的基因调控网络（GRNs）推断方法，涵盖监督、无监督等技术及常用数据集与评估指标，强调深度学习的作用并探讨未来方向，以支持基因调控研究及新机器学习方法开发。
2025-04-17 cs.LG q-bio.MN
GeneNetMiner: accurately mining gene regulatory networks from literature
GeneNetMiner是一个独立的软件，它解析iHOP的句子并捕获监管关系。调控关系是基因基因调控或基因生物过程关系。捕获基因生物过程关系是这种工具的独特特征。这些关系可用于建立特定生物过程、疾病或表型的基因调控网络。用户能够搜索基因和生物过程，以找到它们之间的调控关系。每个监管关系都被分配了一个置信度得分，该得分指示真实关系的概率。此外，它还报告包含查询词的句子，这允许用户手动检查关系是否为真。GeneNetMiner能够从文献中准确捕捉基因之间的调控关系。
2014-09-06 q-bio.GN q-bio.MN
Gene regulatory and signalling networks exhibit distinct topological distributions of motifs
细胞决策和分化的生物学过程涉及大量的信号通路和基因调控回路。反过来，这些网络表现出大量的基序，在调节网络活动中发挥着至关重要的作用。在这里，我们比较了基因调控和信号网络中基序的拓扑位置，发现它表明不同的细胞子网络的基序分布不同的进化策略。
2018-04-12 q-bio.MN
Cancer driver gene detection in transcriptional regulatory networks using the structure analysis of weighted regulatory interactions
启动细胞异常和导致人类癌症的基因的鉴定是肿瘤学研究的重要领域之一。这些基因中的突变和异常发展然后转移到细胞中的其他基因，从而破坏细胞的正常功能。这些基因被称为癌症驱动基因（CDG）。已经提出了用于预测CDG的各种方法，其中大多数基于基因组数据和基于计算方法。因此，一些研究人员开发了新的生物信息学方法。在这项研究中，我们提出了一个算法，这是能够计算每个基因的有效性和强度，并通过使用基因调控网络和基因之间的调控连接结构的随机分析排名。为此，我们首先使用基因表达数据和调控相互作用列表构建了调控网络。然后，利用网络的生物学和拓扑学特征，我们对调节相互作用进行加权。在此基础上，将得到的调控作用权重用于相互作用结构分析过程。相互作用的分析，实现了使用两个单独的马尔可夫链的二分图从主图的基因网络。要做到这一点，随机方法的链接结构分析已实施。所提出的算法分类较高排名的基因作为驱动基因。所提出的算法的效率，关于F-测量值和识别的驱动基因的数量，与其他23个计算和基于网络的方法进行了比较。
2021-01-19 q-bio.BM q-bio.MN
Regulatory motifs: structural and functional building blocks of genetic computation
发展和维持生命需要大量的计算。这是由基因调控网络完成的。但我们对这种计算是如何组织的知之甚少。我表明，调控网络的结构和功能之间存在直接的对应关系，我称之为调控基序。我得出一个简单的约束的范围内的功能，这些图案可以执行，在本地网络结构。我证明了这个范围是所有可能函数的一小部分，这严重限制了全局网络的行为。这种限制的部分原因是调节基序可以实现的功能冗余-有很多方法可以执行相同的任务。调控基序帮助我们理解遗传计算是如何组织的，以及它能实现什么。
2022-08-31 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
From time-series transcriptomics to gene regulatory networks: a review on inference methods
基因调控网络的推断已经成为一个活跃的研究领域约20年，导致基于各种假设和方法的复杂推断算法的发展。随着对更精确和更强大的模型的需求不断增加，推理问题仍然具有广泛的科学兴趣。生物系统通过基因调控网络的抽象表示代表了研究此类系统的强大方法，编码不同数量和类型的信息。在这篇综述中，我们总结了不同类型的推理算法，特别是基于时间序列转录组学，给出了基因调控网络在计算生物学中的主要应用的概述。这篇综述旨在为生物学家和研究人员提供调控网络推理工具的最新概述，并指导他们选择最适合他们的问题，目标和实验数据的适当推理方法。
2022-11-02 q-bio.MN
A Bayesian Approach for Inferring Local Causal Structure in Gene Regulatory Networks
Radboud University（拉德堡德大学）
基因调控网络在控制生物体的生物学过程中起着至关重要的作用，这就是为什么人们对开发能够从高通量遗传数据中提取其结构的计算方法感兴趣。一个典型的方法是对协方差结构进行一系列条件独立性检验，以逐步减少可能的因果模型的空间。我们提出了一种新的有效的贝叶斯方法发现（正态分布）变量的三元组之间的局部因果关系。在我们的方法中，我们在协方差阵中的模式进行一次性评分，我们将现有的背景知识的形式先验的因果结构。我们的方法是灵活的，因为它允许不同类型的因果结构和假设。我们应用的方法来推断基因调控网络的任务，通过学习基因表达水平之间的调控关系。我们表明，我们的算法产生稳定和保守的后验概率估计局部因果结构，可用于获得最有意义的监管关系的诚实排名。我们证明了我们的方法在模拟数据和酵母实验的真实数据上的稳定性和有效性。
2018-09-18 cs.LG q-bio.MN stat.ML
Is prokaryotic complexity limited by accelerated growth in regulatory overhead?
生物复杂性的增加通常与新的遗传信息的增加有关，这些信息必须整合到细胞内运行的现有调控网络中。关于网络控制的一般论点，以及最近的几个基因组观察表明，调控基因的数量随着基因组大小的增加而快速增长。我们提出了两个模型的增长调控网络。两者都预测转录调节因子的数量将与总基因数成二次方关系。这似乎与来自89个完全测序的原核生物的基因组数据在定量上一致。此外，经验曲线预测，任何新的非调控基因将伴随着超过一个额外的调节基因组大小的约20，000个基因，在所观察到的上限的两倍内。我们的分析将转录调控网络归入加速网络一类。我们认为，原核生物的复杂性可能已被限制在整个进化过程中的监管开销，相反，复杂的真核生物必须绕过这一限制的新策略。
2003-11-15 q-bio.GN q-bio.MN
Two different modes of oscillation in a gene transcription regulatory network with interlinked positive and negative feedback loops
我们研究了一个由正负反馈环相连的基因调控网络的振荡行为。频率和振幅是振动的两个重要性质。所研究的网络产生两种不同的振荡模式。在一种模式（模式1）中，频率在宽范围的振幅上保持恒定，而在另一种模式（模式2）中，振荡的振幅在宽范围的频率上保持恒定。我们的研究再现了单个基因调控网络中振荡的两个特征，并表明基因调控网络中的负加正反馈回路提供了额外的优势。我们确定了负责不同振荡模式的关键参数/变量。通过适当地选择所需的参数/变量，网络在不同模式之间的切换是灵活的。
2015-09-12 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
Approaches for benchmarking single-cell gene regulatory network inference methods
Penn State College of Medicine（宾夕法尼亚州立大学医学院）
本文综述了单细胞基因调控网络推断方法的评估方法，定义了成功指标，并指出了该领域的发展方向和不足。
2023-07-17 q-bio.GN q-bio.MN
A Network Science Approach to Driver Gene Detection In Human Regulatory Network Using Genes Influence Evaluation
癌症的发生是由于细胞调节机制的紊乱，导致细胞畸形.启动畸形的基因被称为癌症驱动基因（CDG）。目前已经有许多计算方法被用来识别使用突变概念的癌症驱动基因。关于人类细胞和肿瘤发展中的异常传播，CDG可能是网络中具有高影响力的潜在基因类型。这增加了影响扩散概念对于识别CDG的重要性。最近开发了一种基于影响最大化的识别癌症驱动基因的方法。在这些类型的网络中的挑战之一是发现边缘之间的调控相互作用的力量。目前的研究开发了一种技术来识别癌症驱动基因并预测转录调控网络中调控相互作用的影响。该技术利用影响扩散的概念，并基于影响扩散对超链接诱导的主题搜索算法进行优化。结果表明，我们提出的技术比其他计算和基于网络的方法更好的性能。
2020-01-26 q-bio.MN
Modeling of gap gene regulatory networks in Drosophila with the account of the gene modular structure (in Russian)
基因经常以复杂的方式进行调控，需要建模方法，超越简单的（线性）基因-基因相互作用，并解决顺式调控区和替代转录起始位点的模块化。特别是，尖锐的表达模式（峰或条纹）表明，基因调控涉及非线性转录因子动力学（超过一阶）。我们提出了一种方法来解决这个问题，使用的例子中发现的多个顺式调控模块（CRM）和两个转录本（P1和P2）在果蝇驼背（HB）和（CD 1和CD 2）在Kruppel（Kr）基因，沿前后轴的胚胎表达的基因。的mRNA表达模式的位置特征进行了研究，其灵敏度的输入因素和初始条件的变化。
2018-01-10 q-bio.MN
Existence of Oscillations in Cyclic Gene Regulatory Networks with Time Delay
The University of Tokyo（东京大学）
本文采用简化模型，基于庞加莱-本迪克森型定理和图形化条件，分析了具有负反馈和时滞的循环基因调控网络振荡的存在性，并给出了生化参数解析条件。
2012-12-27 cs.SY eess.SY math.OC
Control of Gene Regulatory Networks with Noisy Measurements and Uncertain Inputs
Texas A&M University（德克萨斯A&M大学）
研究了通过噪声测量间接观测的基因调控网络（GRNs）的随机控制问题，并考虑了干预输入的不确定性.部分可观测的基因状态和不确定性的干预过程中占建模GRNs使用部分观测布尔动态系统（POBDS）信号模型与噪声基因表达测量。获得最佳的无限时域控制策略，这个问题是无法实现的一般情况下，我们应用强化学习和高斯过程技术，以找到一个接近最优的解决方案。POBDS首先被转换为一个直接观察到的马尔可夫决策过程中的连续信念空间，高斯过程用于建模的信念和干预空间的成本函数。然后使用强化学习从可用的基因表达数据学习成本函数。此外，我们采用稀疏化，这使得大型的部分观察GRNs的控制。所得到的算法的性能进行了研究，通过一个全面的数值实验，使用合成的基因表达数据产生的黑色素瘤基因调控网络。
2017-02-24 cs.LG q-bio.MN stat.ML
Time-delayed models of gene regulatory networks
在这篇综述中，我们讨论了不同的数学模型的基因调控网络相关的癌症的发生和发展。在讨论了替代建模方法后，我们使用了一个范例的两个基因网络集中在基因调控网络的动态中的时间延迟所发挥的作用。我们对比的动力学减少模型中出现的快速mRNA动力学的限制与完整的模型。审查的结论与一些开放的问题的讨论。
2015-10-28 q-bio.MN q-bio.QM
A Nonparametric Multi-view Model for Estimating Cell Type-Specific Gene Regulatory Networks
Memorial Sloan Kettering Cancer Center（纪念斯隆凯特琳癌症中心）
我们提出了一个贝叶斯分层多视图混合模型，称为Symphony，它通过整合来自两个视图的数据来同时学习代表细胞类型及其基础基因调控网络的细胞簇：单细胞基因表达数据和成对的表观遗传数据，这是基因-基因相互作用的信息。该模型通过解释基因-基因协方差与调节基因表达的生物机制，改善了对具有相似表达模式的细胞类型以及驱动表达的调控网络的聚类的解释。我们展示了多视图学习方法的理论优势，并提出了一个变分EM推理过程。与其他方法相比，我们在外周血细胞亚型的合成数据和真实基因组数据上表现出优越的性能。
2019-02-21 cs.LG q-bio.GN q-bio.MN
The Inferred Cardiogenic Gene Regulatory Network in the Mammalian Heart
心脏发育是一个复杂的、多尺度的过程，包括细胞命运的适应、分化和形态发生。为了阐明这一过程的基础途径，最近开发的算法，逆向工程基因调控网络被施加到从发育中的小鼠心脏获得的时程微阵列数据。该算法生成了许多不同的假定网络拓扑结构，能够通过模型仿真来解释实验数据。为了剔除似是而非的网络交互，成千上万的拓扑结构被合并和过滤，以生成一个无标度的分层网络。该网络与已知的基因相互作用进行了验证，并用于识别对发育中的哺乳动物心脏至关重要的调控途径。使用语义相似性和基因谱唯一性度量对预测的基因相互作用进行优先级排序。使用这些指标，该网络被扩展到包括所有已知的小鼠基因，以形成最可能的心源性基因调控网络。本文概述的方法提供了一种信息丰富的网络推理方法，并导致与基因调控相关的明确的可检验假设。
2013-10-28 q-bio.MN
Fluctuations in Gene Regulatory Networks as Gaussian Colored Noise
将对基因调控网络波动的研究推广到高斯色噪声的情况。首先，相应的兰之万方程的色噪声的解决方案表示的Ito积分。然后，两个重要的引理有关的Ito积分的方差和两个Ito积分的协方差。在引理的基础上，我们给出了调控网络在稳定平衡点附近分子浓度的方差和协方差的一般公式。并以基因自动调控网络和拨动开关为例进行了详细介绍。在一般情况下，它被发现，有限的相关时间的噪音减少的波动和增强的相关性之间的波动的分子组分。
2009-12-22 physics.bio-ph q-bio.MN
CdtGRN: Construction of qualitative time-delayed gene regulatory networks with a deep learning method
背景：基因调控经常随时间变化而不是恒定不变。但从数据库中提取的基因调控网络大多是静态的。肿瘤抑制基因$P53$参与许多肿瘤的发病机制，其抑制作用在一定时间后才会发生。因此，阐明其随时间变化的调控机制具有重要意义。结果：建立了一种描述动态基因调控网络的定性方法CdtGRN。它采用卷积神经网络（CNN）和全连接网络（DNN）的组合作为预测的核心机制。在ArrayExpress上获得电离辐射Affyscore数据集（E-MEXP-549），通过微阵列基因表达水平预测调控之间的关系。CdtGRN针对具有与$P53$相关的$22,284$基因的时间延迟基因调控网络进行测试。CdtGRN对保守验证集分类的准确度达到92.07 $\%$，kappa系数达到$0.84$，平均AUC准确度为94.25 $\%$。这导致了建筑。结论：本研究所开发的算法和程序可用于识别动态基因调控网络，并通过分析不同时间点的基因表达水平，客观分析调控关系的延迟性。对$P53$的延时基因调控网络也进行了推断和定性表征，有助于理解肿瘤的病理机制。
2021-10-30 q-bio.GN q-bio.MN
Evolving Boolean Regulatory Networks with Variable Gene Expression Times
基因表达所需的时间变化很大，因为蛋白质的长度变化很大。本文使用一个抽象的、可调的布尔调控网络模型来研究基因表达的时间变化。特别是，它示出了如何不均匀的表达时间可以出现在一定条件下，通过模拟进化。也就是说，基因表达时间变化似乎有利于调控网络的动态行为的形成，而不明确考虑蛋白质功能。
2016-03-15 cs.NE q-bio.BM q-bio.MN
On Hybrid Gene Regulatory Networks
本文研究了混合基因调控网络（HGRNs）中的不规则行为，提出了关于可达性问题的可判定性、不确定行为概率以及2维HGRNs中混沌的理论结果。
2024-04-24 cs.CE q-bio.MN
Design of a dynamic model of genes with multiple autonomous regulatory modules by evolution in silico
提出了一种利用计算机模拟进化设计多自主调控模块基因动态模型的新方法。该方法是基于遗传算法，执行新的交叉算子，特别是为这些目的。该方法利用子盆地门户架构的适应度函数适合这种进化建模。一系列的基准测试证明了该方法的有效性。
2009-02-28 q-bio.MN q-bio.QM
Dynamics of gene expression and the regulatory inference problem
从对外界刺激的反应到细胞分裂和死亡，活细胞的动力学是基于特定基因在特定时间的表达。何时表达基因的决定是通过转录因子分子与调节DNA的结合和解结合来实现的。在这里，我们构建随机模型的基因表达动力学和信使RNA浓度的实验时间序列数据进行测试。该模型用于推断基因转录的生物物理参数，包括转录因子-DNA结合的统计和由给定的转录因子控制的靶基因。
2008-03-05 q-bio.MN
Causal Discovery for Gene Regulatory Network Prediction
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
生物系统和过程是核酸、蛋白质和代谢物之间复杂的非线性调节相互作用的网络。表示这些交互网络的一种自然方式是使用图。在该公式中，每个节点代表核酸、蛋白质或代谢物，边缘代表分子间相互作用（抑制、调节、促进、共表达等）。在这项工作中，一个新的算法发现的潜在图结构的实验数据。
2023-01-03 cs.AI q-bio.MN
SIREN Cytoscape plugin: Interaction Type Discrimination in Gene Regulatory Networks
将表达数据与网络中的基因相互作用相结合对于理解细胞的功能组织至关重要。因此，在生物网络中的相互作用类型的知识是重要的数据解释。Signing of Regulatory Networks（SIREN）plugin for Cytoscape是一个开源Java工具，用于区分基因调控网络中的相互作用类型（激活或抑制）。SIREN利用基于信息论的概念，试图通过检查它们相应的基因表达谱来识别基因对的相互作用类型。我们介绍SIREN，一个快速和内存高效的工具，具有低计算复杂度，使用户可以很容易地将其视为许多网络重建方法的补充方法。SIREN允许生物学家使用独立的表达数据来预测已知基因调控网络的相互作用类型，其中重建方法不提供关于其相互作用类型的性质的任何信息。SIREN Cytoscape插件是用Java实现的，可以在http://baderlab.org/Software/SIRENplugin和Cytoscape应用程序管理器上免费获得。
2015-12-16 q-bio.MN
A computational scheme connecting gene regulatory network dynamics with heterogeneous stem cell regeneration
本研究提出一种计算框架，通过数据驱动的遗传函数构建，结合跨细胞周期基因调控网络混合模型与单细胞建模，连接基因调控动力学与异质性干细胞再生，可推广至多种调控网络以深化相关机制理解。
2024-04-17 q-bio.CB q-bio.MN
Quantitative ergodicity for gene regulatory networks with transcriptional bursting
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Inria（法国国家计算机科学与控制研究所）；IECL（洛林计算与控制系统实验室）
研究两类分段确定性马尔可夫过程的长期行为，证明在交互基因数和交互强度任意时，平稳分布的存在性和唯一性，并通过耦合方法提供收敛到平衡的Wasserstein距离上界。
2026-05-08 math.PR q-bio.MN
Motifs emerge from function in model gene regulatory networks
基因调控网络出现在所有活细胞中，允许控制基因表达模式。对它们拓扑结构的研究表明，某些相互作用或“基序”的子图出现的频率非常高。我们在此要问的是，这种现象是否会因为这些网络所发挥的功能而出现。给定一个描述监管互动和动态的框架，我们考虑在所有调控网络的空间中，那些有规定的功能。然后使用蒙特卡罗抽样来确定这些功能网络如何导致相互作用中的特定基序统计。在这种情况下，调控网络的约束，表现出多稳定性，我们发现一个高频率的基因对，是相互抑制和自我激活。相比之下，被限制为具有周期性基因表达模式（例如模仿细胞周期）的网络具有高频率的bifan样基序，涉及四个基因，至少一个激活和一个抑制相互作用。
2011-04-22 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
Potential for regulatory genetic networks of gene expression near a stable point
构造了一种基于广义势能的调控遗传网络描述。从线性化Fokker-Plank方程的定态解导出了势能，并证明了该结果等价于耦合振子系统。建立了力学图像中的量与稳态波动之间的对应关系。对于与蛋白质度相关的力常数很弱的自调节网络，给出了显式计算。负反馈不仅抑制了波动，而且增加了电位的陡度。涨落的结果与线性噪声Fokker-Planck方程的结果完全一致。
2007-10-20 physics.bio-ph q-bio.MN
Inferring stochastic regulatory networks from perturbations of the non-equilibrium steady state
调控网络描述了分子或细胞调控因子之间的相互作用，如基因调控网络中的转录因子和基因，信号网络中的激酶及其受体，或神经网络中的神经元。定量生物学的一个长期目标是在大规模数据的基础上重建这样的网络。我们的目标是利用非平衡稳态周围的波动进行网络推理。为此，我们使用一个随机模型的基因调控或神经动力学和解决它近似在高斯平均场理论。我们开发了一个可能性估计的基础上，这个随机理论来推断监管的相互作用，从扰动数据的网络节点。我们将这种方法应用于人工扰动数据以及磷酸化蛋白质组数据从细胞系实验和比较我们的结果推理计划限制在稳态的平均活动。
2022-12-27 q-bio.MN
Restoring information in aged gene regulatory networks by single knock-ins
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Harvard Medical School（哈佛医学院）；Schoen Adams Research Institute at Spaulding（斯波尔丁肖恩亚当斯研究所）
通过单基因敲入技术恢复衰老基因调控网络中的信息，发现可提升网络信息量达10%，为网络信息流动研究和抗衰老提供了新方向。
2026-01-07 physics.bio-ph q-bio.MN
Signal Propagation in Nonlinear Stochastic Gene Regulatory Networks
通过研究随机非线性基因调控网络对输入信号发生器的响应，揭示了该网络的结构。详细研究了四个应用：两个线性系统的非线性连接，逻辑脉冲的设计，分子放大器和E2F1调节元件中三个信号发生器的干扰。基因的相互作用是使用分子图，有一个精确的数学结构，并保留生物意义的过程。
2005-10-29 q-bio.MN q-bio.QM
Modeling Dynamics, Cell Type Specificity, and Perturbations in Gene Regulatory Networks
Wisconsin Institute for Discovery, University of Wisconsin-Madison（威斯康星发现研究所，威斯康星大学麦迪逊分校）；Department of Biostatistics and Medical Informatics, University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校生物统计与医学信息学系）
本文综述了利用单细胞组学数据推断基因调控网络的方法，重点探讨动态性和扰动，并指出该领域需解决的关键挑战。
2026-02-21 q-bio.MN
Inference on the structure of gene regulatory networks
本文对基因调控网络结构的推断进行了理论分析。根据实验方法和数据类型，推理问题被分为20个不同的场景。对于每一种情况，我们讨论的问题，有足够的数据，在什么样的假设下，什么可以推断的结构。对于文献中已经涉及的场景，我们提供了一个简短的回顾。对于文献中没有涉及的场景，如果结构可以推断，我们提出了新的数学推理方法，并在模拟数据上进行评估。否则，我们证明结构不能被推断。
2022-02-17 q-bio.MN
Robustness and fragility of Boolean models for genetic regulatory networks
基因和基因产物之间的相互作用产生了复杂的电路，使细胞能够处理信息并对外部信号做出反应。理论研究通常使用连续、随机或逻辑方法描述这些相互作用。我们提出了一个新的建模框架基因调控网络，结合了直观的吸引力的定性描述基因状态的高度灵活性，将随机性在细胞过程的持续时间。我们将我们的方法应用到片段极性基因的调控网络中，从而获得了对基因表达模式发展的新见解。例如，我们表明，非常短的合成和衰变时间可以扰乱野生型模式。另一方面，翻译前和翻译后过程之间的时间尺度的分离和最小的prepattern确保收敛到野生型表达模式，而不管波动。
2005-01-27 q-bio.MN
Modeling Stochasticity and Variability in Gene Regulatory Networks
基因调控网络的随机性建模是分子系统生物学中一个重要而复杂的问题。为了阐明固有噪声，已经成功地使用了几种建模策略，如Gillespie算法。本文提供了一种替代这些经典设置的方法。在离散范式中，基因、蛋白质和基因调控网络的其他分子组分被建模为离散变量，并被分配为描述其通过与其他组分的相互作用进行调控的逻辑规则。在生物功能水平上对随机性进行建模，假设即使更新规则的输入节点的表达水平保证激活或退化，由于随机效应，该过程也有可能不会发生。这种方法允许对离散模型进行更精细的分析，并为细胞群模拟提供了一个自然的设置，以研究细胞间的变异性。我们将我们的方法应用于两个研究最多的调控网络，λ噬菌体感染细菌和p53-mdm 2复合物的结果。
2012-03-26 q-bio.MN
Simulation of Gene Regulatory Networks
这个有限的审查是为了介绍快速增长的细胞代谢及其生化途径的数学建模的主题，更确切地说，与癌细胞凋亡的途径。介绍了化学动力学的一些基本数学模型，重点介绍了随机模型。
2013-10-02 math.PR q-bio.MN q-bio.QM
Evolutionary algorithms in genetic regulatory networks model
遗传调控网络（GRNs）在理解复杂的生物过程中起着至关重要的作用。为了揭示基本的细胞过程，研究基因功能并理解它们之间的复杂关系，建模GRNs非常重要。了解基因之间的相互作用可以开发更好的药物发现和疾病诊断方法，因为许多疾病的特征在于基因的异常行为。在本文中，我们已经审查了各种基于进化算法的方法来建模GRNs，并讨论了各种机遇和挑战。
2012-05-09 cs.CE q-bio.MN
Limit theorems for generalized density-dependent Markov chains and bursty stochastic gene regulatory networks
具有突发动力学的随机基因调控网络可以在中观上建模为广义密度依赖马尔可夫链（GDDMC）或在宏观上建模为分段确定性马尔可夫过程（PMDMC）。在这里，我们证明了一个极限定理表明，每个家庭的GDDMC将收敛到一个PSDs的系统大小趋于无穷大。在简单的耗散条件下，利用耦合方法，证明了平稳分布的存在唯一性和Pestival极限的指数遍历性。进一步的扩展和应用到单细胞随机基因表达动力学和突发随机基因调控网络进行了讨论，并证明了平稳分布的GDDMC模型的收敛性的Pestrian模型。
2019-08-30 math.PR q-bio.MN q-bio.QM
Deep learning-based virtual perturbation reveals increasing heterogeneity of gene regulatory responses with aging
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Brigham and Women’s Hospital（布莱根和妇女医院）；Harvard Medical School（哈佛医学院）
该研究利用深度学习框架DKO分析多物种单细胞转录组数据，发现衰老会使基因调控响应异质性增加，且与分子损伤、衰老状态相关，揭示了衰老的保守调控特征。
2026-10-15 q-bio.GN q-bio.MN q-bio.TO
Reliability of regulatory networks and its evolution
在具有连续时序和噪声的广义布尔网络模型框架下，研究了生物调控网络动力学的可靠性问题。使用著名的人工遗传网络，如repressilator，我们讨论的概念的可靠性的节奏吸引。在一个简单的演化过程中，我们研究了整体网络结构如何影响动力学的可靠性。在进化过程中，网络被选择为可靠的动态。我们发现，大多数网络可以很容易地朝着可靠的功能，同时保持原有的功能。
2008-05-27 q-bio.MN
MapReduce Algorithms for Inferring Gene Regulatory Networks from Time-Series Microarray Data Using an Information-Theoretic Approach
基因调控是控制基因表达及其程度的一系列过程。基因和它们的调控分子（通常是转录因子）之间的联系，以及这种联系的描述性模型，被称为基因调控网络（GRNs）。阐明GRNs对于理解细胞的内部运作和基因相互作用的复杂性至关重要。迄今为止，已经开发了许多算法来推断基因调控网络。然而，随着已识别基因数量的增加以及它们相互作用的复杂性被揭示，网络及其调控机制变得难以测试。此外，通过实验结果进行分析需要大量的计算，导致数据处理缓慢。因此，需要新的方法来快速分析大量的实验数据，从细胞GRNs。为了满足这一需求，云计算是有前途的，如文献中所报道的。在这里，我们提出了新的MapReduce算法，用于在云环境中的Hadoop集群上推断基因调控网络。这些算法采用信息理论的方法来推断GRNs使用时间序列微阵列数据。实验结果表明，我们的MapReduce程序比现有的工具快得多，同时实现略好的预测精度比现有的工具。
2017-03-15 cs.CE q-bio.GN q-bio.MN
Stochastic Hybrid Models of Gene Regulatory Networks - A PDE Approach
描述基因调控网络动力学的一种广泛使用的方法是基于化学主方程，该方程考虑了分子计数的所有可能组合的概率分布。这种模型的分析是非常具有挑战性的，由于其大的离散状态空间。因此，我们提出了一种混合近似方法的基础上，系统的偏微分方程，在那里我们假设一个连续的确定性的蛋白质计数的演变。我们讨论了两种建模方法的有效分析方法，并比较它们的性能。我们表明，混合的方法产生足够大的分子计数的准确结果，同时减少计算工作量从一个常微分方程为每个状态的一个偏微分方程为每个模式的系统。此外，我们给出了一个自我调节基因的情况下的混合模型的解析稳态解。
2018-09-20 q-bio.MN
