基因调控网络中三稳态的抗噪声鲁棒性

摘要：

三稳态是基因调控网络最重要的动力学行为之一,在胚胎发育和肿瘤生成等细胞信号转导过程中起着重要作用.前人的研究表明,两个正反馈环的耦合结构(正正耦合)能够实现三稳态,一个正反馈环和一个负反馈环的耦合结构(正负耦合)在无噪声的条件下能实现三稳态.但正负耦合在真实生物环境中实现三稳态的可行性仍不很清楚.考虑到细胞中固有的分子数目涨落和生化反应的随机性,分别构建了正正耦合和正负耦合两种结构的随机性模型,开展随机模拟,探究它们在噪声条件下的三稳态鲁棒性.结果表明,正正耦合系统的中间态在各种噪声条件下都能够稳定地存在,高态和低态在高强度噪声下具有不对称的稳定性;它的四种亚型也呈现不同水平的抗噪声鲁棒性.相比之下,正负耦合系统的中间态在高强度噪声下变得不稳定,使得三稳态最终退化成双稳态.这解释了生命体偏好通过正正耦合结构来实现三稳态的原因.实验结果进一步加深了人们对三稳态实现机制的了解,并为人工合成三稳态系统提供了新的理论依据.

关键词：三稳态、鲁棒性分析、基因调控网络、噪声

所属期刊栏目：58

分类号：Q615(理论生物物理学)

资助基金：国家自然科学基金11874209

在线出版日期：2023-05-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：912-923