Defining network topologies that can achieve biochemical adaptation.
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DOI：
10.1016/j.cell.2009.06.013
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发表时间：
2009-08-21
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
Tang C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ma W;Trusina A;El-Samad H;Lim WA;Tang C
许多信号系统显示出适应性，即在对刺激做出反应后自我重置的能力。我们计算搜索所有可能的三节点酶网络拓扑结构，以确定那些可以执行适应。只有两个主要的核心拓扑结构作为鲁棒的解决方案出现：一个负反馈回路与缓冲节点和一个不相干的前馈回路与比例调节器节点。包含这些拓扑结构的最小电路，在参数空间的适当区域内，足以实现自适应。更复杂的电路，鲁棒地执行自适应都包含至少一个这些拓扑结构在其核心。这种分析产生了一个设计表，突出了一组有限的自适应电路。尽管可能的生化网络的多样性，它可能是常见的发现，只有一个有限的核心拓扑结构集可以执行特定的功能。这些设计规则为复杂自然网络的功能分类提供了一个框架，并为工程网络提供了一个手册。有关本文的视频摘要，请参阅PaperFlick文件和在线提供的补充数据。
Many signaling systems show adaptation—the ability to reset themselves after responding to a stimulus. We computationally searched all possible three-node enzyme network topologies to identify those that could perform adaptation. Only two major core topologies emerge as robust solutions: a negative feedback loop with a buffering node and an incoherent feedforward loop with a proportioner node. Minimal circuits containing these topologies are, within proper regions of parameter space, sufficient to achieve adaptation. Morecomplex circuits that robustly performadaptation all contain at least one of these topologies at their core. This analysis yields a design table highlighting a finite set of adaptive circuits. Despite the diversity of possible biochemical networks, it may be common to find that only a finite set of core topologies can execute a particular function. These design rules provide a framework for functionally classifying complex natural networks and a manual for engineering networks. For a video summary of this article, see the PaperFlick file with the Supplemental Data available online.
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