细胞有节奏地调节他们的基因

即使在一个平静,不变的环境下,细胞不是静态的。等操作,激活细胞,然后禁用某些类型的转录控制的表达——factors-proteins一系列不可预知和间歇脉冲。自发现这脉动现象,科学家们想知道它可以提供细胞功能。

现在,加州理工学院的研究人员的一项最新研究表明,脉冲可以允许两种蛋白质有节奏地相互作用,使他们能够控制基因。具体来说,当表达的转录因子的同步,基因表达也上升和下降。研究人员说,这些激活的节奏,也可能构成核心过程的细胞生物来自生活的王国。

“转录因子彼此同步脉冲在时间上可以允许细胞过程中扮演着重要的角色信息,与其他细胞交流,和应对压力,“说论文合著者迈克尔Elowitz生物学和生物工程教授和霍华德休斯医学研究所的研究员。

这项研究是由加州理工学院博士后学者Yihan林。其他加州理工学院论文的作者是长期的Cai化学助理教授;孙常Ho,科学家在Cai实验室;和Elowitz前Chiraj k .中间人(博士研究生10),现在加州大学旧金山。

Elowitz Cai、中间人和报道在2008年为转录因子脉冲功能的作用。同时,全世界的研究者们一直在稳步发现类似的蛋白质活动在不同的细胞类型和遗传系统。

意识到许多不同的因素是脉冲在同一个细胞即使在不变的条件下,加州理工学院的科学家开始怀疑细胞可能调整这些脉冲的相对时间,使一种新颖的基于时间的监管。为了找到答案,他们设置延时电影遵循两个脉冲实时蛋白质和目标基因在酵母细胞。

团队标记两个中心转录因子命名Msn2和Mig1绿色和红色荧光蛋白,分别。转录因子被激活时,他们进入细胞核,影响基因表达。这个运动的激活的因素可以被可视化,因为荧光标记集中在原子核的体积小,发出明亮,绿色,红色,或两者兼而有之。颜色选择荧光标记符号:Msn2作为活化剂,Mig1阻遏。“Msn2,绿色的因素,天然气和出现的基因表达,虽然Mig1,红色的因素,踩下刹车时,“Elowitz说。

当科学家们强调了酵母细胞通过增加热量,例如,或限制食物的脉冲Msn2 Mig1改变了他们的时间和彼此尊重,出现或多或少的重叠脉冲,根据强调刺激。

一般来说,当两个转录因子在同步脉冲,阻遏了活化剂打开基因的能力。“这就像有人同时注入油门或刹车在车里一遍又一遍,“Elowitz说。

但当他们的全能,活化剂脉冲没有抑制因子,基因表达增加。“当细胞交替制动和是Msn2转录因子在这个案件的汽车可以移动,“Elowitz说。由于这些stress-altered节奏,细胞成功地产生更多(或更少)的某些蛋白质酵母处理了的境地。

以前,研究人员认为原子核中的多个转录因子的相对浓度决定他们如何调节共同的基因目标花费的现象称为组合调节。但是新的研究表明,转录因子的相对时间脉冲可能是他们的浓度一样重要。

“大多数基因在细胞中是由几个转录因子组合的方式,作为一个复杂的网络的部分,“蔡说。“我们现在看到的是一个新的模式的监管控制的脉冲时间转录因子,这可能是理解组合的关键调控基因网络。”

“似乎有一层细胞中基于时间的规定,因为它只能观察到单个细胞的电影,在很大程度上仍是未知的,”林说。“我们期待学习更多关于这个有趣的和被低估了的基因调控形式。”

在未来的研究中,科学家们将试图了解流行这种新模式的基于时间的监管是在各种细胞类型和检查其参与基因调控系统。在合成生物学利用和改造的背景下人类的生物系统技术的应用,研究人员还希望发明一种方法来控制这些脉冲程序新细胞的行为。