Optimal control of ribosome population for gene expression under periodic nutrient intake
Notice bibliographique
Résumé
Translation of proteins is a fundamental part of gene expression that is mediated by ribosomes. As ribosomes significantly contribute to both cellular mass and energy consumption, achieving efficient management of the ribosome population is also crucial to metabolism and growth. Inspired by biological evidence for nutrient-dependent mechanisms that control both ribosome-active degradation and genesis, we introduce a dynamical model of protein production, that includes the dynamics of resources and control over the ribosome population. Under the hypothesis that active degradation and biogenesis are optimal for maximizing and maintaining protein production, we aim to qualitatively reproduce empirical observations of the ribosome population dynamics. Upon formulating the associated optimization problem, we first analytically study the stability and global behaviour of solutions under constant resource input, and characterize the extent of oscillations and convergence rate to a global equilibrium. We further use these results to simplify and solve the problem under a quasi-static approximation. Using biophysical parameter values, we find that optimal control solutions lead to both control mechanisms and the ribosome population switching between periods of feeding and fasting, suggesting that the intense regulation of ribosome population observed in experiments allows to maximize and maintain protein production. Finally, we find some range for the control values over which such a regime can be observed, depending on the intensity of fasting.
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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 | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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 ».