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哺乳动物生物节律的随机模拟.pdf
Stochastic simulation of the mammalian
circadian clock
Daniel B. Forger*† and Charles S. Peskin‡§
*Department of Biology, ‡Courant Institute of Mathematical Sciences, and §Center for Neural Science, New York University, New York, NY 10012
Contributed by Charles S. Peskin, November 14, 2004
Circadian (nearly 24-h) clocks are remarkably accurate at timing addition, there have not been experimental data on the numbers
biological events despite the randomness of their biochemical of molecules of key clock proteins.
reactions. Here we examine the causes of their immunity to Previously, we developed a detailed model of the circadian
molecular noise in the context of a detailed stochastic mathemat- clock within the mammalian pacemaker (suprachiasmatic nu-
ical model of the mammalian circadian clock. This stochastic model cleus) that is based on individual molecular reactions (11). This
is a direct generalization of the deterministic mammalian circadian model accounts for many more biochemical species than other
clock model previously developed. A feature of that model is that models and has features (transcription, translation, protein
it completely specifies all molecular reactions, leaving no ambigu- feedback, dimerization, and the sequestration of proteins, i.e.,
ity in the formulation of a stochastic version of the model. With localization) that appear to be used in the circadian clocks of
parameters based on experimental data concerning clock protein many organisms. Mammalian data, which we use to estimate the
concentrations within a cell, we find accurate circadian rhythms in number of molecules of key chemical species of our model in the
our model only when promoter interaction occurs on the time scale cell, are now available
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