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2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Protein Noise and Distribution in a Two-Stage Gene-Expression Model Extended by an mRNA Inactivation Loop

verfasst von : Candan Çelik, Pavol Bokes, Abhyudai Singh

Erschienen in: Computational Methods in Systems Biology

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Chemical reaction networks involving molecular species at low copy numbers lead to stochasticity in protein levels in gene expression at the single-cell level. Mathematical modelling of this stochastic phenomenon enables us to elucidate the underlying molecular mechanisms quantitatively. Here we present a two-stage stochastic gene expression model that extends the standard model by an mRNA inactivation loop. The extended model exhibits smaller protein noise than the original two-stage model. Interestingly, the fractional reduction of noise is a non-monotonous function of protein stability, and can be substantial especially if the inactivated mRNA is stable. We complement the noise study by an extensive mathematical analysis of the joint steady-state distribution of active and inactive mRNA and protein species. We determine its generating function and derive a recursive formula for the protein distribution. The results of the analytical formula are cross-validated by kinetic Monte-Carlo simulation.

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Literatur
Metadaten
Titel
Protein Noise and Distribution in a Two-Stage Gene-Expression Model Extended by an mRNA Inactivation Loop
verfasst von
Candan Çelik
Pavol Bokes
Abhyudai Singh
Copyright-Jahr
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-85633-5_13

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