通过计数新生 RNA 分子解析体内转录动力学

基因转录是大多数基因表达调控形式的焦点。尽管细致的生化实验已在体外揭示了许多不同启动子的转录起始分子机制，但该过程在细胞内的动力学仍知之甚少。一种方法是测量遗传相同群体中单细胞的转录输出（荧光标记的信使 RNA 或蛋白质），并将其与纳入不同转录起始分子机制的模型预测进行比较。然而，这种方法存在一个问题：转录下游的过程会影响测量的输出，从而掩盖随机转录起始对细胞间转录输出变异性的特征。在此，我们从理论上表明，测量新生 RNA 数量的细胞间变异性为检验转录起始机制提供了更直接的测试。我们推导了新生 RNA 分子分布的前两个矩的精确表达式，并将我们的理论应用于已发表的一组组成型表达酵母基因的数据。我们发现，测量的新生 RNA 分布与通过单一步限速步骤进行的转录起始不一致，而这一结论通常是从细胞质信使 RNA 的测量中推断出来的。相反，我们提出了一种两步起始机制，这与现有数据一致。这些关于酵母启动子的发现突显了我们的理论在通过单细胞计数新生 RNA 分子的实验来解析体内转录动力学方面的效用。