基因转录调控中的输入输出关系研究

作     者：周一凡 孔令行 吴人杰 刘锋 ZHOU Yi-fan;KONG Ling-xing;WU Ren-jie;LIU Feng

作者机构：南京大学物理学院南京210093 

出 版 物：《物理学进展》 (Progress In Physics)

年 卷 期：2024年第44卷第4期

页      面：183-196页

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071007[理学-遗传学] 

基　　金：国家自然科学基金委面上项目11874209的资助 

主　　题：输入输出关系 转录模型 动态信号 响应策略 信息论 

摘      要：细胞对环境变化的感知和响应是生命活动的核心。基因转录是细胞将外部信号转化为基因表达输出的关键环节,是理解细胞行为的关键。为了解析转录动力学和建立动态的输入输出关系,研究者提出多种转录模型来探究基因对动态调控信号的响应机制。本文将介绍常见的转录模型,展示其计算框架,并详细阐述对应的mRNA数量和转录事件持续时间的分布,这对于深入理解输入输出关系和探索潜在的响应机制有重要意义。本文综述不同类型的启动子、同一启动子在不同染色质环境中以及不同网络基序下的响应策略,揭示其调控输入输出关系的规律。对于信道容量接近理论值的系统,信息论的最优解可以揭示转录因子浓度的动态范围、输入输出关系以及基因表达分布的对应关系。通过这些多角度的分析,本文揭示了调控动态输入输出关系的关键因素,促进人们更好地理解基因对转录因子信号的响应机制。定量研究输入输出关系可以识别关键的调控因子、预测基因表达模式的变化,并设计干预措施以调节细胞的功能和行为。