Information transduction capacity of noisy biochemical signaling networks.
Information transduction capacity of noisy biochemical signaling networks.
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DOI：
10.1126/science.1204553
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发表时间：
2011-10-21
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Levchenko A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cheong R;Rhee A;Wang CJ;Nemenman I;Levchenko A
分子噪声限制了单个细胞解析不同强度的输入信号和收集有关外部环境的信息的能力。通过具有冗余的复杂信令网络传输信息可以克服这一限制。我们基于信息论的形式主义开发了一个综合的理论和实验框架，以定量预测和测量分子和细胞网络传递的信息量。分析肿瘤坏死因子 (TNF) 信号传导表明，单个 TNF 信号传导途径可转导足够的信息来进行准确的二元决策，而上游瓶颈限制了通过多个途径一起获得的信息。尽管噪音减少，但对该瓶颈的负反馈可以减轻和增强其限制效应。瓶颈同样限制了通过多个基因或细胞的网络信号传递获得的信息。
Molecular noise restricts the ability of an individual cell to resolve input signals of different strengths and gather information about the external environment. Transmitting information through complex signaling networks with redundancies can overcome this limitation. We developed an integrative theoretical and experimental framework, based on the formalism of information theory, to quantitatively predict and measure the amount of information transduced by molecular and cellular networks. Analyzing tumor necrosis factor (TNF) signaling revealed that individual TNF signaling pathways transduce information sufficient for accurate binary decisions, and an upstream bottleneck limits the information gained via multiple pathways together. Negative feedback to this bottleneck could both alleviate and enhance its limiting effect, despite decreasing noise. Bottlenecks likewise constrain information attained by networks signaling through multiple genes or cells.
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