具有爆发、细胞周期和复制动力学的随机基因表达模型的精确解
摘要：细胞在世代中的年龄明确的随机基因表达模型在文献中占主导地位，因此无法捕捉细胞分裂和DNA复制等事件。相反，许多模型通过隐含地假设，将由于细胞分裂引起的稀释描述为具有一级动力学的有效衰减反应。如果进一步假设蛋白质的产生是突发性的，那么平稳的蛋白质分布是负二项式分布。在这里，我们试图了解当与更详细的随机基因表达模型进行比较时，这些隐含模型有多准确。我们推导出描述突发性蛋白质动力学、二项式分裂在有丝分裂时的划分、依赖年龄的转录动力学（包括复制）以及从Erlang或更一般的分布中随机采样的随机分裂时间的化学主方程的确切稳态解；该解对于单个谱系和群体快照设置是不同的。我们表明，当每个周期所产生的mRNA平均数量较低且细胞周期长度的变异性较大时，蛋白质分布可以很好地近似为隐含模型的解（负二项式分布）。当这些条件不被满足时，分布要么几乎是双峰的，要么在峰值附近有非常平坦的区域，无法用隐含模型描述。我们还表明，对于转录速率较低的基因，蛋白质噪声的大小与复制时间强相关，与谱系测量无关，对于群体快照测量，蛋白质噪声的大小随细胞周期变异性增加而增加。相反，对于大的转录速率，蛋白质噪声的大小与复制时间无关，对于谱系和群体测量，蛋白质噪声的大小都随细胞周期变异性增加而增加。
作者：Casper H. L. Beentjes, Ruben Perez-Carrasco, Ramon Grima
论文ID：1912.04337
分类：Subcellular Processes
分类简称：q-bio.SC
提交时间：2020-03-11