上下調(diào)整基因表達量

基因表達可以像開關一樣打開和關閉，或者可以像音量控制旋鈕一樣進行微調(diào)。沖繩科學技術研究生院(OIST)的Nick Luscombe教授的研究科學家Garth Ilsley博士開發(fā)了一個數(shù)學模型，展示了如何可預測地調(diào)整基因表達。這是通過實驗驗證的，該技術用于調(diào)整Justin Crocker博士在美國Janelia Research Campus的David Stern博士開創(chuàng)的果蠅胚胎中的基因表達。該研究發(fā)表于Nature Genetics，對細胞和發(fā)育生物學有重要意義。，具有干細胞重編程和再生醫(yī)學的潛在應用。

轉(zhuǎn)錄因子是與DNA的特定區(qū)域結合的蛋白質(zhì)，稱為增強子，從而調(diào)節(jié)基因表達。一些轉(zhuǎn)錄因子激活基因表達，而另一些則抑制它?；虮磉_水平就像收音機的音量; 一些轉(zhuǎn)錄因子會使音量增大，而其他轉(zhuǎn)錄因子則會降低音量。科學家們研究了激活和抑制的工作原理以及如何預測基因表達水平。以同樣的方式，通過轉(zhuǎn)動收音機的音量旋鈕，可以知道音樂的大小或柔和程度并對其進行調(diào)節(jié) - 除此之外，在這種情況下，每個轉(zhuǎn)錄因子都有自己的音量旋鈕全部作用于同一位發(fā)言者。挑戰(zhàn)在于了解它們?nèi)绾螀f(xié)同工作以產(chǎn)生合適的體積。

伊爾斯利博士應用了一種新的數(shù)學模型，該模型不需要關于與增強子結合的轉(zhuǎn)錄因子的數(shù)量和位置的信息，這就像知道無線電的內(nèi)部工作原理一樣。相反，模型只有通過了解音量旋鈕的轉(zhuǎn)動方式才能正確預測最終音量。使用人工轉(zhuǎn)錄因子通過實驗測試這些預測，所述人工轉(zhuǎn)錄因子激活和抑制具有不同強度的基因表達。

科學家們研究了果蠅(Drosophila melanogaster)早期胚胎。的數(shù)學模型表明，決定果蠅體的分割從頭部到尾部的基因的表達是可調(diào)諧的。實驗結果與模型的預測相符，表明人工激活劑和阻遏物可以以可控和可重復的方式逐漸增加和減少基因表達。這就像將另一個音量旋鈕連接到收音機并發(fā)現(xiàn)它與現(xiàn)有旋鈕協(xié)同工作。除了基因表達水平之外，該模型還能夠預測胚胎中的哪個位置，例如腹側(cè)或背側(cè)，基因?qū)⒈槐磉_。“將模型和實驗結合在一起是我們的夢想，”伊爾斯利博士興奮地說。

該研究還表明，增強劑可以非常靈活地獲得新的激活劑和抑制劑。“你可以引入外來轉(zhuǎn)錄因子，增強劑仍然有效。我們看到的增強劑根本不易碎。這在進化上非常重要，因為它顯示了增強子活動如何逐步調(diào)整并保持在不斷變化的環(huán)境中工作，”伊爾斯利博士。“每種激活劑和阻遏物都像是參與基因表達整體調(diào)整的通用成分。許多可能的天然或人工工程轉(zhuǎn)錄因子組合可以產(chǎn)生相同的增強子活性，”Ilsley博士解釋說。

“我們正在擺脫必須使用基因表達的開/關模型來理解細胞類型是如何被指定的。單細胞水平的定量生物學進展，如定量成像和RNA測序，以及數(shù)學模型，現(xiàn)在給出生物學家們需要他們深入研究基因表達調(diào)整的復雜性以及可預測地操縱細胞所需的工具，“伊爾斯利博士總結道。

鄭重聲明：本文版權歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容