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Analysis of single-molecule kinesin assay data by hidden Markov model filtering.

机译:通过隐马尔可夫模型过滤分析单分子驱动蛋白测定数据。

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摘要

Observations of the position of a microscopic bead attached to a single kinesin protein moving along a microtubule contains detailed information about the position of the kinesin as a function of time, although this information remains obscured because of the fluctuations of the bead. The theory of hidden Markov models suggests a possible theoretical framework to analyze these data with an explicit stochastic model describing the kinesin cycle and the attached bead. We model the mechanical cycle of kinesin using a discrete time Markov chain on a periodic lattice, representing the microtubule, and model the position of the bead using an Ornstein-Uhlenbeck autoregressive process. We adapt the standard machinery of hidden Markov models to derive the likelihood of this model using a reference measure, and use the Expectation-Maximization (EM) algorithm to estimate model parameters. Simulated data sets indicate that the method does have potential to better analyze kinesin-bead experiments. However, analysis of the experimental data of Visscher et al. (1999) indicates that current data sets still lack the time resolution to extract significant information about intermediate states. Considerations for future experimental designs are suggested to allow better hidden Markov model analysis.
机译:附着在沿微管移动的单个驱动蛋白上的微珠位置的观察结果包含了有关驱动蛋白位置随时间变化的详细信息,尽管由于微珠的波动,该信息仍然模糊不清。隐马尔可夫模型的理论提出了一个可能的理论框架,可以使用描述驱动蛋白周期和附着珠子的显式随机模型来分析这些数据。我们使用代表微管的周期性晶格上的离散时间马尔可夫链对驱动蛋白的机械循环进行建模,并使用Ornstein-Uhlenbeck自回归过程对珠的位置进行建模。我们采用隐马尔可夫模型的标准机制,以使用参考测度得出该模型的似然性,并使用期望最大化(EM)算法估计模型参数。模拟数据集表明该方法确实有可能更好地分析驱动蛋白珠实验。但是,对Visscher等人的实验数据进行了分析。 (1999)指出,当前数据集仍然缺乏时间分辨率来提取有关中间状态的重要信息。建议考虑未来的实验设计,以便更好地进行隐马尔可夫模型分析。

著录项

  • 作者

    Walton, David Brian.;

  • 作者单位

    The University of Arizona.;

  • 授予单位 The University of Arizona.;
  • 学科 Biophysics General.; Mathematics.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2002
  • 页码 166 p.
  • 总页数 166
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 生物物理学;数学;
  • 关键词

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