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1887

access icon free Protein sequestration versus Hill-type repression in circadian clock models

© The Institution of Engineering and Technology
Received 29/12/2015, Accepted 09/04/2016, Revised 31/03/2016, Published 01/08/2016

Circadian (∼24 h) clocks are self-sustained endogenous oscillators with which organisms keep track of daily and seasonal time. Circadian clocks frequently rely on interlocked transcriptional-translational feedback loops to generate rhythms that are robust against intrinsic and extrinsic perturbations. To investigate the dynamics and mechanisms of the intracellular feedback loops in circadian clocks, a number of mathematical models have been developed. The majority of the models use Hill functions to describe transcriptional repression in a way that is similar to the Goodwin model. Recently, a new class of models with protein sequestration-based repression has been introduced. Here, the author discusses how this new class of models differs dramatically from those based on Hill-type repression in several fundamental aspects: conditions for rhythm generation, robust network designs and the periods of coupled oscillators. Consistently, these fundamental properties of circadian clocks also differ among Neurospora, Drosophila, and mammals depending on their key transcriptional repression mechanisms (Hill-type repression or protein sequestration). Based on both theoretical and experimental studies, this review highlights the importance of careful modelling of transcriptional repression mechanisms in molecular circadian clocks.

Inspec keywords: proteins; circadian rhythms; molecular biophysics

Other keywords: rhythm generation; Goodwin model; Neurospora; Hill-type repression; transcriptional repression; mammals; extrinsic perturbations; coupled oscillators; self-sustained endogenous oscillators; Drosophila; intracellular feedback loops; intrinsic perturbations; mathematical models; circadian clock models; interlocked transcriptional-translational feedback loops; robust network designs; protein sequestration

Subjects: Physical chemistry of biomolecular solutions and condensed states; Bio-optics (effects of microwaves, light, laser and other electromagnetic waves); Interactions with radiations at the biomolecular level

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