奥地利科学技术研究所 单结合位点非平衡模型的动力学方案
信用:Rok Grah 虽然脱氧核糖核酸及其双螺旋是我们时代最熟悉的分子之一，但我们对细胞如何控制它们想要表达的基因的了解仍然相当有限
例如，为了创造一种酶，我们的脱氧核糖核酸中关于这种酶的信息需要被转录和翻译
为了启动这个高度复杂的过程，被称为转录因子的特殊调节蛋白结合到特定的脱氧核糖核酸区域
这样，他们可以打开和关闭基因的表达
最大的问题是:转录因子如何在DNA上找到合适的位置来适当调节基因表达？ 模型简单——效果大 对于原核生物——没有细胞核的简单细胞生物，如细菌——生物物理模型已经能够基于转录因子和脱氧核糖核酸调节区之间的相互作用来预测基因表达
在原核生物中，转录因子在脱氧核糖核酸上的结合位点相当长且具有特异性，这使得转录因子更容易找到它们的目标
在被称为真核生物的高等生物中，细胞有细胞核，用数学方法描述基因调控的过程被证明要困难得多
现在，奥地利科学技术研究所(奥地利IST)的一组研究人员找到了一种方法来描述真核生物中不同调节分子之间的相互作用
在PNAS发表的一项新研究中，前ist大学研究生、现为数据科学家的洛克·格拉(Rok Grah)与来自普林斯顿大学的IST教授加什佩尔·特卡奇克(Gasper Tkaik)和本杰明·佐勒(Benjamin)提出了一个经典平衡模型的最小扩展，该模型可以应用于基因活跃和不活跃状态之间的转换
为此，他们选择了一些特征或“调节表型”，期望的模型应该满足
“我们想要一个高特异性的基因，这意味着该基因只能被正确的转录因子激活，”洛克·格拉说
模型中包括的另一个调节表型是TF在特定区域和随机区域的停留时间
本杰明·佐勒解释说:“我们能够证明有一类简单的模型在所有这些表型上都表现良好，这是迄今为止还没有做到的。”
尽管对经典模型提出的扩展是最小的，但它揭示了大量定性的新的非平衡行为，这些行为与当前的实验约束一致
嘈杂的基因 基于现有的数据，研究人员认为，单个转录因子在区分脱氧核糖核酸上特定和随机位点的能力方面是有限的
因此，尽管每种类型的转录因子优先结合某些调节性的脱氧核糖核酸序列，转录因子也结合其他非同源的目标
本杰明·佐勒说:“主要的动机是找到一个模型来描述脱氧核糖核酸上的调控元件如何不被非同源转录因子激活。”
他们的发现表明，基因表达的高度特异性一定是在“校对机制”中运行的调节分子的集体效应
" 此外，如果一个基因是活跃的，它产生的蛋白质数量就会波动，产生科学家所说的基因表达噪音
“让我吃惊的是噪音和特异性之间的权衡
本杰明·佐勒说:“看起来如果你想要高特异性，它往往会导致更多的噪音，这很有趣。”
高噪音通常被认为是对细胞有害的，然而真核生物中的基因噪音很大
“到目前为止，我们还不知道为什么整个转录机制会进化成那样
也许一种解释是，如果你想要高特异性，高噪声是不可避免的
在我们的模型中，似乎没有办法绕过它
高特异性总是意味着高噪音，并且细胞有可能在基因表达过程的后期进化出降低噪音的机制，”Rok Grah补充道
合作的下一步是新模型的实验测试
它的简单性使得它非常适合与精确的实时基因表达测量对抗，例如，在受干扰的DNA调控序列上
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