Robust, Tunable Biological Oscillations from Interlinked Positive and Negative Feedback Loops

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作者
Tony Yu-Chen Tsai,Yoon Sup Choi,Wenzhe Ma,Joseph R. Pomerening,Chao Tang,James E. Ferrell
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:321 (5885): 126-129 被引量:728
标识
DOI:10.1126/science.1156951
摘要

A simple negative feedback loop of interacting genes or proteins has the potential to generate sustained oscillations. However, many biological oscillators also have a positive feedback loop, raising the question of what advantages the extra loop imparts. Through computational studies, we show that it is generally difficult to adjust a negative feedback oscillator's frequency without compromising its amplitude, whereas with positive-plus-negative feedback, one can achieve a widely tunable frequency and near-constant amplitude. This tunability makes the latter design suitable for biological rhythms like heartbeats and cell cycles that need to provide a constant output over a range of frequencies. Positive-plus-negative oscillators also appear to be more robust and easier to evolve, rationalizing why they are found in contexts where an adjustable frequency is unimportant.
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