基因转录调节系统中非线性时间延迟效应的研究

摘要

Smolen等人于1999年提出了时间延迟的基因转录调节系统的确定论模型。本文在正反馈确定论模型中分别引入蛋白质的合成率和降解率的随机涨落，得到基因转录调节系统的随机动力学模型，利用数值计算方法研究噪声对系统的影响。发现延迟时间为常数时，在无关联的两噪声情况下，无论是蛋白质合成率的波动还是降解率的波动都能诱导基因“开关”转换；而且在有噪声关联的情况下，单独的两噪声以及关联强度分别都能诱导基因“开关”转换。通过有延迟与无延迟的确定性模型以及相应的随机模型进行对比研究表明：随延迟时间增加系统的不稳定性增大，系统更容易出现新的特性。 进一步研究了不同的时间延迟对基因转录调节系统的影响。由于延迟对系统的影响随延迟时间而变化，这里研究延迟时间为小尺度的情形。研究结果表明：随着延迟时间的增加，几率分布在低稳态的峰值减少，而几率分布在高稳态的峰值增加。当延迟时间在较小的范围内增加时，系统的状态变量的平均值、标准方差、及自相关函数(即量化变量的集中程度)均迟缓地变化，但当延迟时间在较大的范围内增加时，状态变量的平均值快速地增加，而标准方差和自相关函数都迅速地减少。总之，时间延迟对非线性随机过程有影响，而且随着延迟时间的增加影响作用越大。 此外，细胞都有自动调节的能力，通过体内的正、负反馈作用来实现。本文在Smolen等人于1998年和1999年分别提出了正、负反馈基因转录调节系统的无延迟的、有延迟的确定论模型上，对比研究了两种系统都有振荡性，而且延迟系统的振荡区域、振荡幅度相对于无延迟模型都增大，使得系统更容易出现振荡。因此，延迟增加系统的不稳定性。 通过对时间延迟的基因调节系统的研究，发现时间延迟增加系统的不稳定性使系统更容易出现新的特征，还发现这些参数如延迟时间、转录率、降解率的波动、合成率的波动、以及噪声关联强度都可以作为存在时间延迟系统的基因开关的控制参量。这些参数可以用在基因药物研究和基因治疗上。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章生物系统的时间延迟

第三章 基因转录调节系统的模型及其研究

第四章基因转录调节系统中非线性时间延迟效应的研究

第五章存在正负反馈的时间延迟基因转录调节系统的初步研究

第六章总结与展望

参考文献

研究生期间主要科研成果

致谢