细胞内噪声

✍ dations ◷ 2025-04-26 12:37:15 #细胞生物学,生物物理学,分子生物学,生物统计学,随机性

如果从定量的角度去研究细胞的时候,尽管细胞的遗传背景是相同的,即便是在同一个组织中,细胞内蛋白质表达水平、细胞的大小和胞内结构是不尽相同的,因此,这种随机的可变性被称为细胞内噪声。这些明显的随机差异有着重要的生物学和医学意义。

细胞内噪声通常描述在基因的表达层面,比如细胞内或者细胞间某些基因产物的浓度或者拷贝数。因为基因表达水平对细胞的很多特征具有重要的作用,包括细胞的物理特征、对刺激的响应和处理信息的能力等等,基因表达存在差异这种特性已经被证明对细胞具有重要的意义。

定义细胞内噪声最常用的是变异系数(coefficient of variation)。

η X = σ X μ X , {\displaystyle \eta _{X}={\frac {\sigma _{X}}{\mu _{X}}},}

其中, η X {\displaystyle \eta _{X}} 是在一定数量下的 X {\displaystyle X} 所对应的噪声, X {\displaystyle X} , μ X {\displaystyle \mu _{X}} 是数值X对应的平均值, σ X {\displaystyle \sigma _{X}} X {\displaystyle X} 的标准差。这种测量方法是没有单位的,因为它只是对噪声的重要性做一个相对的比较,所以就没有必要知道知道它的绝对含义。

其它定量的方法是数学上的Fano因子(英语:Fano factor):

F X = σ X 2 μ X . {\displaystyle F_{X}={\frac {\sigma _{X}^{2}}{\mu _{X}}}.}

标准化后的方差是:

N X = η X 2 = σ X 2 μ X 2 . {\displaystyle N_{X}=\eta _{X}^{2}={\frac {\sigma _{X}^{2}}{\mu _{X}^{2}}}.}

细胞噪声通常被细分成内部噪声和外部噪声两类。内部噪声指的是在一个细胞内起响应的元件的数量差异,比如在一个细胞中,两个基因在相同的条件下,仍有着表达量的差异。而外部噪声描述的是不同的单个细胞在相同条件下,特定基因的表达所具有差异。这两种噪音可以通过双荧光报告系统(dual reporter studies)进行研究,比如将绿色荧光蛋白和黄色荧光蛋白(英语:Yellow fluorescent protein)在同样的条件下,用成像的手段去进行研究。

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