染色体全体の複製の数学モデリング

すべての染色体は、細胞分裂の前に完全に複製する必要があります。これは、十分な数の適切に分布したDNA複製起点の活性化を要求する要件です。ここでは、各染色体での複数の起源の活性がどのように調整され、複製が成功することを保証する方法を調査します。ダイナミクスが個々の起源のパラメーターに基づいている染色体全体の複製の確率モデルを提示します。このモデルを使用して、特定の染色体位置での平均複製時間がすべての起源のパラメーターによって集合的に決定されることを示します。パラメーターの推定と広範なシミュレーションを組み合わせて、平均複製データと一致するモデルパラメーターの範囲があることを示し、そのようなデータを解釈する際に注意する必要性を強調します。対照的に、Sフェーズを介した時点での複製された分割には、平均複製時間データよりも多くの情報が含まれており、モデルを使用して多くの原点パラメーターを一意に推定することができました。これらの推定パラメーターにより、独立した実験データと一致することを示す多くの予測を行うことができ、モデルが予測力を持っていることを確認します。要約すると、確率的モデルは、順序付けられた起源の活性化時間などの決定論として解釈されるものを含む実験的観測を要約できることを実証します。

All chromosomes must be completely replicated prior to cell division, a requirement that demands the activation of a sufficient number of appropriately distributed DNA replication origins. Here we investigate how the activity of multiple origins on each chromosome is coordinated to ensure successful replication. We present a stochastic model for whole chromosome replication where the dynamics are based upon the parameters of individual origins. Using this model we demonstrate that mean replication time at any given chromosome position is determined collectively by the parameters of all origins. Combining parameter estimation with extensive simulations we show that there is a range of model parameters consistent with mean replication data, emphasising the need for caution in interpreting such data. In contrast, the replicated-fraction at time points through S phase contains more information than mean replication time data and allowed us to use our model to uniquely estimate many origin parameters. These estimated parameters enable us to make a number of predictions that showed agreement with independent experimental data, confirming that our model has predictive power. In summary, we demonstrate that a stochastic model can recapitulate experimental observations, including those that might be interpreted as deterministic such as ordered origin activation times.