16、双稳态遗传开关中的细胞命运选择与本体评估

双稳态遗传开关中的细胞命运选择与本体评估

双稳态遗传开关中的细胞命运选择

细胞决策是一种基本的生物学现象，细胞会根据环境条件选择不同的状态，进而导致不对称的细胞分化。然而，其背后的根本原因尚未完全明确。

资源可用性对分叉曲线的影响

在双稳态遗传开关中，资源可用性起着关键作用。当X的资源可用性低于Y时，分叉曲线在较大波动下会更加稳定。这不仅为系统的稳健控制提供了机会，还表明系统对资源的初始偏向会显著改变细胞命运的稳定性。

此外，总资源可用性T对鞍结分叉曲线有显著的调节作用。如图所示，更多的资源能使系统在更大的双稳态范围内保持稳定，增强开关的鲁棒性；而资源较少时，开关响应不稳定，即使系统出现小的波动，稳态也可能发生改变。

基因拷贝数与细胞命运

研究还探讨了在叉形分叉情况下基因拷贝数的影响。结果表明，初始的不对称性会使细胞命运倾向于较低或较高的生产状态。

需要注意的是，整个研究是在系统低生长状态下进行的。生长速率对细胞动力学的影响已得到证实，内源性基因的过度表达或向细胞中添加合成构建体会破坏资源分配，降低生长速率，而生长导致的稀释会增强蛋白质降解。不过，一些实验结果表明，这些影响仅取决于实验条件，只会引起动力学的暂时变化。

噪声与细胞命运

细胞内完全无噪声的环境是不现实的。对于单个细胞而言，这种假设并不违背实际情况，但在处理一组细胞时，可预测性会有很大差异。在现有动力学中加入噪声会使结果更接近现实。此外，基因表达过程中其他细胞营养素的限制也会调节替代蛋白质的产生，稳定一种状态，从而调节细胞命运。

本体评估的混合方法