A Multi-stage Representation of Cell Proliferation as a Markov Process
Notice bibliographique
Résumé
The stochastic simulation algorithm commonly known as Gillespie's algorithm (originally derived for modelling well-mixed systems of chemical reactions) is now used ubiquitously in the modelling of biological processes in which stochastic effects play an important role. In well-mixed scenarios at the sub-cellular level it is often reasonable to assume that times between successive reaction/interaction events are exponentially distributed and can be appropriately modelled as a Markov process and hence simulated by the Gillespie algorithm. However, Gillespie's algorithm is routinely applied to model biological systems for which it was never intended. In particular, processes in which cell proliferation is important (e.g. embryonic development, cancer formation) should not be simulated naively using the Gillespie algorithm since the history-dependent nature of the cell cycle breaks the Markov process. The variance in experimentally measured cell cycle times is far less than in an exponential cell cycle time distribution with the same mean.Here we suggest a method of modelling the cell cycle that restores the memoryless property to the system and is therefore consistent with simulation via the Gillespie algorithm. By breaking the cell cycle into a number of independent exponentially distributed stages, we can restore the Markov property at the same time as more accurately approximating the appropriate cell cycle time distributions. The consequences of our revised mathematical model are explored analytically as far as possible. We demonstrate the importance of employing the correct cell cycle time distribution by recapitulating the results from two models incorporating cellular proliferation (one spatial and one non-spatial) and demonstrating that changing the cell cycle time distribution makes quantitative and qualitative differences to the outcome of the models. Our adaptation will allow modellers and experimentalists alike to appropriately represent cellular proliferation-vital to the accurate modelling of many biological processes-whilst still being able to take advantage of the power and efficiency of the popular Gillespie algorithm.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».