一种基因转录的信号通路控制方法技术

本发明专利技术属于信号通路控制技术领域，公开了一种基因转录的信号通路控制方法，基于小鼠胚胎干细胞的实验改进机制模型，并分析途径‑途径串扰强度(CTS)对mRNA表达稳定性的影响。本发明专利技术根据调节方式调整这种稳定性。此外，有一个最佳的CTS，使表达模式最稳定，但自由能耗最高；CTS可以诱导mRNA水平的随机聚焦，但这是以能量为代价的；在这两种情况下，都存在串扰介导的权衡，这意味着纠缠信号通路可以控制表达稳定性和能量耗散；增强型的串扰信号通路可以在没有额外条件的情况下诱导SF，但需要更多的能量消耗；NESS的潜在景观具有交叉信号传导途径的系统对于理解细胞内过程具有良好的前景。

A Signal Pathway Control Method for Gene Transcription

【技术实现步骤摘要】
一种基因转录的信号通路控制方法
本专利技术属于信号通路控制
，尤其涉及一种基因转录的信号通路控制方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：转录不仅是关键步骤，也是基因表达最复杂的步骤。转录始于RNA聚合酶与一种或多种通用转录因子(TF)一起与称为“启动子”的特定DNA序列的结合。然后，DNA的一条链(或模板链)用作RNA合成的模板。随着转录的进行，RNA聚合酶穿过模板链并使用碱基配对与DNA模板互补来创建RNA拷贝。另一步是转录终止。细菌使用两种不同的转录终止策略：Rho非依赖性和依赖性终止。相反，真核生物中的转录终止较少被理解，因为它涉及新转录物的切割，然后在其新的3'末端不依赖模板添加腺嘌呤。整个过程(起始，延长和终止)被称为转录动力学。尽管有这种一般描述，转录动力学仍然是难以捉摸的，特别是TFs的作用及其在转录中的相互作用尚未完全了解。大多数基因在重要的生理过程中的转录，如免疫，发育和干细胞更新，常常通过信号通路与串扰来调节。首先，作为一个基本事实，DNA的调节区域可以通过增加近端启动子的活性来提高基础转录水平。该活性将涉及细胞特异性TF的结合，其作为DNA环化的结果，彼此相互作用并稳定一般转录机制以指导组织特异性基因表达。事实上，对特定信号的细胞反应不是单一线性信号传导途径的结果，而是反映了可能以不同方式在多个水平上发生的所有可能信号传导途径的整合。其次，最近的一项实验表明通过ChIP定量聚合酶链反应测定，将每个增强子的Ari-dlaRNA束缚导致TF阴阳1(YY1)与靶向增强子的结合增加，表明在体内调节元件附近的RNA可以提高这些元素的TFYY1占据水平。第三，基因转录的激活最终通过TFs在基因启动子区域的DNA结合位点的结合来介导。由于该区域通常侧翼有多个识别不同TF的DNA结合位点，因此相应的具有串扰的信号传导途径会聚合到多个TF/DNA结合模式上以产生不同的转录动力学，将导致转录调节有不同的计划。这些事实或观察激励研究通过信号通路与交叉对话随机激活或失活的基因的转录。表征转录体内调节的实验工作主要集中在TF动力学和染色质修饰因子的测量上。这种测量已经证实mRNA或蛋白质以高活性的方式产生，随后是长的不应期，即突发表达。经典的双态基因模型可以很好地解释这种现象。然而，调节基因表达的交叉信号传导途径可能导致突发合成率和启动子活性状态之间转换率的波动，从而可能违反原始基因表达系统的详细平衡。从热力学的角度来看，详细平衡的破坏意味着必然消耗自由能。这种能量耗散的特征在于不同状态的吸引盆地之间的势垒高度，其被定义为潜在景观函数的局部最小值和最大值之间的差异。直观地，较大的屏障高度意味着相应的状态更稳健。因此，势垒高度可以很好地测量底层系统的整体稳定性。值得一提的是，随机聚焦(SF)是一种重要的生物现象，也是信号扩大的有效机制。SF意味着体内平衡很小调节分子的数量(大约10)。在先前关于SF的研究中，波动的输入信号被认为是幅度调制信号，SF的基本要求是输入信号快速波动且响应信号函数是非线性的。例如，正如简单的酶促反应方案所证明的那样，SF的基本条件是活性酶波动的大小与活性酶的平均数量相比非常大，但是酶的总数可能很低。此外，唯一的监管方式是输入噪声信号直接作用于衰减率。主要是最近在小鼠胚胎干细胞中对TF阴阳1的实验结果的推动，引入了破裂转录的机制模型来解决上述问题，其中信号通路被区分为三种调节方案：增强，中性，和抑制。然而，与先前关于常见的双态模型的研究不同，研究侧重于表达稳定性/或SF与能量消耗之间的权衡。通过模型分析，表明增强型信号通路之间的串扰可以使mRNA表达更稳定，而抑制型信号通路之间的串扰可以使表达更不稳定，与没有调节的情况相反。更重要的是，前者可诱导mRNA表达的SF但消耗的能量比后者更多，存在最佳的串扰强度(定义为一种信号传导途径竞争调节的概率，并由CTS表示)，使得mRNA表达模式最稳定但自由能量消耗最高，并且在表达稳定性和能量成本之间存在串扰介导的折衷。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术诱导mRNA表达的SF但消耗的能量比后者更多，存在最佳的串扰强度，使得mRNA表达模式最稳定但自由能量消耗最高，并且在表达稳定性和能量成本之间存在串扰介导的折衷。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基因转录的信号通路控制方法。本专利技术是这样实现的，一种基因转录的信号通路控制方法，所述基因转录的信号通路控制方法包括以下步骤：步骤一，使用全局run-on测序对新生转录本进行测序小鼠胚胎干细胞；步骤二，映射TFYY1和新生RNA调节剂基于上述实验事实，有两个部分简化的信号通路：TFYY1和通路的通路另一个是新生的RNA；步骤三，以两种不同的方式调节基因的转录：促进和抑制。进一步，所述试验采用数学模型引入两个因子概率：P0(n；t)和P1(n；t)，表示X在时间上具有n个mRNAt当基因分别处于非活动和活动状态时；P＝P0+P1表示总概率。设k是从DNA到mRNA的转录率，d是mRNA的降解速率；并且通过kon1和kon2表示从关闭到开启状态的转变速率，并且通过koff1和koff2表示从开启到关闭状态的转变速率；设Z是两点分布后的随机变量，用Q(Z)表示，即Z表示随机选择TFYY1途径或新生RNA途径的事件；根据实验事实，kon2和koff2分别大于kon1和koff1。假设基因以突发方式表达，突发大小遵循由参数b表示的几何分布；对应反应网络的化学主方程采用联合形式；其中I是单位算子，E是反E-1是任何函数f的公共步运算符，定义为Ef(m)＝f(m+1)；并且r表示突发数，一个假定遵循几何分布的随机变量对于EM,kon＝kon1I(Z＝1)+kon2I(Z＝2)；对于IM，koff＝koff1I(Z＝1)+koff2I(Z＝2)，其中I(·)是信号路径的指示函数；根据总概率公式，知道系统在时间t有n个mRNA的概率由n给出；同时保持EM和IM；如果Y1和Y2分别是表示关闭状态和通态停留时间的随机变量，则它们遵循分布；当q≠0和q≠1时，(公式3)表明关断时间或接通时间分布是两个指数分布的加权和，暗示由于串扰的影响，相应的过程是非马尔可夫的；关闭和开启状态的平均持续时间由下式给出；Toff＝q/kon1+(1-q)/kon2andTon＝1/koff(4a)对于EM，和Ton＝q/koff1+(1-q)/koff2andToff＝1/kon(4b)对于IM，在这两种情况下，表示；keff＝1/Toffandken＝1/Ton(5)因此，构建以下基因模型是很自然的；数值模拟中的参数值根据真核细胞中的实验数据设定，根据该表结合原始模型和等效模型之间的参数关系，设置koff1＝20.7X10-4koff2＝51×10-4，kon1＝4.2×10-4和kon2＝20×10-4。本专利技术的另一目的在于提供一种所述的基因转录的信号通路控制方法的基因转录的信号通路控制系统。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术基于小鼠胚胎干细胞的实验改进机制模型，并分析途径-途径串扰强度(CTS)对mRNA表达稳定性的影响。发现CTS可以根据调节方式调整这种稳定性。此外，有一个最佳的CTS，使表达模式最稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基因转录的信号通路控制方法，其特征在于，所述基因转录的信号通路控制方法包括以下步骤：步骤一，使用全局run‑on测序对新生转录本进行测序小鼠胚胎干细胞；步骤二，映射TFYY1和新生RNA调节剂，获取TFYY1简化的信号通路和新生的RNA简化的信号通路；步骤三，通过TFYY1简化的信号通路和新生的RNA简化的信号通路调节基因的转录、促进和抑制。

【技术特征摘要】
1.一种基因转录的信号通路控制方法，其特征在于，所述基因转录的信号通路控制方法包括以下步骤：步骤一，使用全局run-on测序对新生转录本进行测序小鼠胚胎干细胞；步骤二，映射TFYY1和新生RNA调节剂，获取TFYY1简化的信号通路和新生的RNA简化的信号通路；步骤三，通过TFYY1简化的信号通路和新生的RNA简化的信号通路调节基因的转录、促进和抑制。2.如权利要求1所述的基因转录的信号通路控制方法，其特征在于，步骤二映射TFYY1和新生RNA调节剂，获取TFYY1简化的信号通路和新生的RNA简化的信号通路中，包括：采用数学模型引入两个因子概率：P0(n；t)和P1(n；t)，表示X在时间上具有n个mRNAt当基因分别处于非活动和活动状态时；P＝P0+P1表示总概率；设k是从DNA到mRNA的转录率，d是mRNA的降解速率；并且通过kon1和kon2表示从关闭到开启状态的转变速率，并且通过koff1和koff2表示从开启到关闭状态的转变速率；设Z是两点分布后的随机变量，用Q(Z)表示，即Z表示随机选择TFYY1途径或新生RNA途径的事件；kon2和koff2分别大于kon1和koff1；假设基因以突发方式表达，突发大小遵循由参数b表示的几何分布；对应反应网络的化学主方程采用联合形式；其中I是单位算子，E是反E-1是任何...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩华，李昭明，李颖，朱聿铭，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南,46