相互抑制增强了基因表达边界的陡峭度和精确度
分子网络
2015-06-11 v2
摘要
胚胎发育由基因表达的空间模式驱动，这些模式决定了胚胎中每个细胞的命运。虽然基因表达通常高度随机，但胚胎发育通常极其精确。特别是，基因表达边界不仅对来自基因表达和蛋白质扩散的内在噪声具有鲁棒性，而且对提供位置信息的形态发生素梯度中的胚胎间变异也具有鲁棒性。目前尚不清楚发育如何对胚胎内和胚胎间的变异保持鲁棒性。控制胚胎发育的基因调控网络中的一个常见基序是成对基因之间的相互抑制。为了评估相互抑制在基因表达模式稳健形成中的作用，我们对果蝇中两个相互抑制的间隙基因 hunchback (hb) 和 knirps (kni) 的最小模型进行了大规模随机模拟。我们的模型不仅包括 hb 和 kni 之间的相互抑制，还包括前部形态发生素 Bicoid (Bcd) 对 hb 的随机协同激活、后部形态发生素 Caudal (Cad) 对 kni 的随机协同激活，以及 Hb 和 Kni 的扩散。我们的分析表明，相互抑制可以显著增加间隙基因表达边界的陡峭度和精确度。与空间平均和协同基因激活不同，相互抑制从而允许基因表达边界既陡峭又精确。此外，相互抑制显著增强了它们对形态发生素水平中胚胎间变异的鲁棒性。最后，我们的模拟揭示，间隙蛋白扩散不仅在通过空间平均减小间隙基因表达边界宽度方面发挥关键作用，而且在修复可能由相互抑制诱导的双稳性引起的图式错误方面也发挥关键作用。
引用
@article{arxiv.1208.0162,
title = {Mutual Repression enhances the Steepness and Precision of Gene Expression Boundaries},
author = {Thomas R. Sokolowski and Thorsten Erdmann and Pieter Rein ten Wolde},
journal= {arXiv preprint arXiv:1208.0162},
year = {2015}
}
备注
29 pages, 9 figures, supporting text with 9 supporting figures; accepted for publication in PLoS Comp. Biol