Spatiotemporal Patterning Enabled by Gene Regulatory Networks
Spatiotemporal Patterning Enabled by Gene Regulatory Networks
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基因调控网络实现的时空模式
DOI：
10.1101/2022.04.13.488152
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
4.1
通讯作者：
M. Jolly
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
U. Roy;Divyoj Singh;Navin Vincent;Chinmay Haritas;M. Jolly
时空模式的形成在包括胚胎发生和神经网络形成在内的各种生物现象中发挥着关键作用。尽管已经对能够形成图案的反应扩散系统进行了现象学研究，但这些过程背后的生物分子机制尚未详细建模。在这里，我们研究了由于简单合成的常见的二节点和三节点基因调控网络基序及其在一维和二维空间中的分子扩散而导致的时空模式的出现。我们研究了由于切换开关（两个相互抑制节点）、具有双重自激活的切换开关、切换三联体（三个相互抑制节点）和抑制器（三个节点以循环方式顺序抑制另一个节点）的固有多稳态和振荡行为与这些分子的空间扩散效应的耦合而形成的模式。我们探讨了与不同稳定区域（单稳态、多稳态、振荡）相对应的各种参数机制，并评估了不同扩散系数的影响。该分析为这些网络主题促进的模式形成的设计原理提供了有价值的见解，并提出了生物模式形成的机制基础。
Spatiotemporal pattern formation plays a key role in various biological phenomena including embryogenesis and neural network formation. Though the reaction-diffusion systems enabling pattern formation have been studied phenomenonlogically, the biomolecular mechanisms behind these processes has not been modelled in detail. Here, we study the emergence of spatiotemporal patterns due to simple synthetic commonly observed two- and three-node gene regulatory network motifs coupled with their molecular diffusion in one- and two-dimensional space. We investigate the patterns formed due to the coupling of inherent multistable and oscillatory behavior of toggle switch (two mutually repressing nodes), toggle switch with double self-activation, toggle triad (three mutually repressing nodes) and repressilator (three nodes repressing the other sequentially in a cyclic manner) with the effect of spatial diffusion of these molecules. We probe various parameter regimes corresponding to different regions of stability (monostable, multistable, oscillatory) and assess the impact of varying diffusion coefficients too. This analysis offers valuable insights into the design principles of pattern formation facilitated by these network motifs, and suggest mechanistic underpinnings of biological pattern formation.
Bicoid 合作结合在果蝇尖锐边界图案化中的作用。
影响因子：
2.7
作者：
Lopes,FranciscoJP;Spirov,AlexanderV;Bisch,PauloM
通讯作者：
Bisch,PauloM
DOI：
10.1103/physreve.79.051901
发表时间：
2007-12
期刊：
Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
影响因子：
--
作者：
G. Tkačik;W. Bialek
通讯作者：
G. Tkačik;W. Bialek
DOI：
10.1387/ijdb.082594cc
发表时间：
2009
期刊：
The International journal of developmental biology
影响因子：
--
作者：
Chuong CM;Richardson MK
通讯作者：
Richardson MK