基因调控网络中的动力学研究

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基因调控网络动力学的研究在理论和实践上都具有非常重要的意义。早期的基因调控网络的研究致力于调控网络的构建,取得了大量有关基因调控网络的信息,是关于调控网络的一种静态的研究。然而细胞内的生命活动是一个随时空演化的动态过程,弄清楚细胞内的各组分的时空演化即动力学机制,不仅有助于我们更清楚地了解细胞内的生命活动机理,从而对真实有机体中基因调控网络的设计原理有更清楚的理解,而且还有助于我们在生物科技和治疗应用方面设计出可靠的基因调控网络。 由于细胞内化学反应的随机性和每个细胞中许多基因、核糖核酸和蛋白质的低数目等原因,基因调控网络中存在大量的随机波动,这种随机性影响所有的生命过程,大量关于基因调控网络中随机性分析的模型和方法随之出现,实验结果也证明了随机性的存在和影响。随机性的研究是基因调控网络动力学研究中的一个热点和难点,本文首先讨论了基因调控网络的动力学模型,特别是介观模型,接着我们从介观模型出发引入了基因调控网络中的随机性和刻画随机性的一个常用模型-主方程,并且详细介绍了分析主方程的一种逼近方法一线性噪声逼近,同时还给出了一个实际应用的例子。 延滞性是基因调控网络动力学研究中不可忽略的课题。由于基因调控网络中生物化学反应的时间多尺度性,如DNA与蛋白质结合以及蛋白质聚合等快速反应、转录翻译和降解等慢速反应,延滞现象在基因调控网络普遍存在。本文提出一种延滞基因调控网络的随机模型,并且从矩方程和改进的Gillespie算法对模型进行探讨。我们还分别考虑了单基因延滞自调控网络和双基因延滞调控网络的例子,计算机模拟计算的结果表明基因调控网络中的延滞可以诱发调控产物浓度的随机振荡,这与实验结果相当吻合。
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