Modular cell biology: retroactivity and insulation.
Modular cell biology: retroactivity and insulation.
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DOI：
10.1038/msb4100204
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发表时间：
2008
影响因子：
9.9
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
模块化在根据组件的行为预测系统的行为方面起着重要作用，它保证了单个组件的属性在相互连接时不会发生变化。就像电气、液压和其他物理系统通常不显示模块化一样，许多生化系统，特别是遗传网络也不显示模块化。在这里，我们研究了相互连接对转录组件的输入输出动态特性的影响，重点是我们称之为“回溯性”的特性，它在电气系统中起着类似于非零输出阻抗的作用。在转录网络中，当转录因子的数量与启动子结合位点的数量相当或小于启动子结合位点的数量时，或者当这些结合位点的亲和力很高时，逆转录性就很大。为了减弱追溯性的影响，我们提出了一种受电子放大器设计启发的反馈机制。我们特别介绍了一种基于磷酸化-去磷酸化循环的机制。由于磷酸化和去磷酸化反应的快速时间尺度，该机制具有显著的绝缘性。
Modularity plays a fundamental role in the prediction of the behavior of a system from the behavior of its components, guaranteeing that the properties of individual components do not change upon interconnection. Just as electrical, hydraulic, and other physical systems often do not display modularity, nor do many biochemical systems, and specifically, genetic networks. Here, we study the effect of interconnections on the input–output dynamic characteristics of transcriptional components, focusing on a property, which we call ‘retroactivity', that plays a role analogous to non-zero output impedance in electrical systems. In transcriptional networks, retroactivity is large when the amount of transcription factor is comparable to, or smaller than, the amount of promoter-binding sites, or when the affinity of such binding sites is high. To attenuate the effect of retroactivity, we propose a feedback mechanism inspired by the design of amplifiers in electronics. We introduce, in particular, a mechanism based on a phosphorylation–dephosphorylation cycle. This mechanism enjoys a remarkable insulation property, due to the fast timescales of the phosphorylation and dephosphorylation reactions.
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Heinrich, R;Neel, BG;Rapoport, TA
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