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On the gain of entrainment in the n-dimensional ribosome flow model

Titelangaben

Ofir, Ron ; Kriecherbauer, Thomas ; Grüne, Lars ; Margaliot, Michael:
On the gain of entrainment in the n-dimensional ribosome flow model.
In: Interface : Journal of the Royal Society. Bd. 20 (2023) Heft 199 . - 20220763.
ISSN 1742-5662
DOI: https://doi.org/10.1098/rsif.2022.0763

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Analysis of Random Transport in Chains using Modern Tools from Systems and Control Theory
GR 1569/24-1, KR 1673/7-1

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Israel Science Foundation Grants

Abstract

The ribosome flow model (RFM) is a phenomenological model for the flow of particles along a 1D chain of sites. It has been extensively used to study ribosome flow along the mRNA molecule during translation. When the transition rates along the chain are time-varying and jointly T-periodic the RFM entrains, i.e., every trajectory of the RFM converges to a unique T-periodic solution that depends on the transition rates, but not on the initial condition. Entrainment to periodic excitations like the 24h solar day or the 50Hz frequency of the electric grid is important in numerous natural and artificial systems. An interesting question, called the gain of entrainment (GOE), is whether proper coordination of the periodic translation rates along the mRNA can lead to a larger average protein production rate. Analyzing the GOE in the RFM is non-trivial and partial results exist only for the RFM with dimensions n=1, 2. We use a new approach to derive several results on the GOE in the general n-dimensional RFM. Perhaps surprisingly, we rigorously characterize several cases where there is no GOE, so to maximize the average production rate in these cases, the best choice is to use constant transition rates along the chain.

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Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Ribosome flow model; entrainment; periodic solution; production rate maximization
Institutionen der Universität: Fakultäten
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Profilfelder > Advanced Fields > Nichtlineare Dynamik
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Zentrum für Modellierung und Simulation (MODUS)
Forschungseinrichtungen
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Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
Eingestellt am: 24 Mär 2023 08:16
Letzte Änderung: 17 Aug 2023 12:22
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/75270

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