核糖体流动模型的可控性分析和控制合成
摘要：mRNA分子上编码区域的核糖体密度影响包括蛋白质产量速率、生物体适应性、核糖体脱落和共翻译蛋白质折叠在内的多种基本细胞内现象。因此，为了获得期望的核糖体密度分布，调控转录是一个重要的生物学问题。我们通过使用一个名为核糖体流模型（RFM）的mRNA翻译模型来研究这个问题。在RFM中，mRNA分子被建模为n个位点的链。n个状态变量描述了核糖体密度沿mRNA分子的分布，而从每个位点转移至下一个位点的转移速率受到n+1个正常数的控制。为了研究控制密度分布的问题，我们考虑一些或所有的转移速率作为时变控制变量。我们考虑以下问题：给定一个初始和期望的核糖体密度分布，确定时变的转移速率值，使RFM朝着这个密度分布的方向变化，如果存在的话。具体而言，我们考虑两个控制问题。在第一个控制问题中，所有的转移速率可以被调节，目标是将核糖体密度分布和蛋白质产量速率从给定的初始值调整到期望的值。在第二个控制问题中，有一个转移速率被控制，目标是将产量速率调整到期望的值。对于第一个情况，我们证明了系统是可控的，即控制是足够强大的，可以将RFM调整到任意期望值，并提供了常数控制函数（或转移速率）的闭合形式表达式，其可以将RFM渐近地调整到期望的值。对于第二个问题，我们证明了产量速率可以被调整为由其他固定转移速率决定的可行区域内的任意期望值。我们讨论了这些结果的一些生物学意义。
作者：Yoram Zarai and Michael Margaliot and Eduardo D. Sontag and Tamir Tuller
论文ID：1602.02308
分类：Genomics
分类简称：q-bio.GN
提交时间：2017-05-19