Может ли молекулярная генетика сделать логическую переменную из непрерывной переменной?

В том же виде идея, чем этот вопрос . Экспрессия генов регулируется посредством сложных взаимодействий. Концентрация энхансеров и репрессоров является важным аспектом, определяющим уровень экспрессии данного гена. Эти концентрации могут принимать различные значения в непрерывном масштабе.

Представьте себе случай, когда приспособленность максимальна, когда данный ген производит nбелки в минуту, если концентрация данного белка превышает x. Если концентрация белка должна была быть ниже x, то ген не должен экспрессироваться (вырабатывается 0 белков в минуту). В таком случае было бы здорово, если бы группа реагентов могла имитировать «функции переключения», которая переключалась бы с «БЕЗ ВЫРАЖЕНИЯ» на «ВЫРАЖЕНИЕ» в момент времени x.

Мне кажется, что такая функция переключения должна быть очень сложной для развития. Я подозреваю, что все химические реакции, включая связывание энхансера с промоторной областью, должны следовать закону Михаэлиса-Ментен, а функция Михаэлиса-Ментен вовсе не является функцией переключения. Итак, я думал о совместном связывании. Уравнение Хилла описывает функцию, которая фактически является функцией переключения, если коэффициент Хилла достаточно высок. Однако, немного поискав в литературе, кажется, что коэффициент Хилла никогда не превышал 3 (или 5 для крайних оценок). Коэффициент Хилла в пределах этого диапазона дает логистическую функцию, но все же выглядит довольно субоптимальным по сравнению с тем, что могла бы сделать идеальная функция переключения.

Существуют ли в молекулярной генетике функции переключения, которые могли бы переводить концентрацию в сигнал ИСТИНА/ЛОЖЬ? Насколько хорошо они имитируют идеальную функцию переключения? Основаны ли они на кооперативном связывании или на каком-то другом механизме?

Ссылки для оценки коэффициентов Хилла:

Ответы (2)

Положительные отзывы могут быть одной из альтернатив. Положительные обратные связи проявляют бистабильность и поэтому могут принимать одно из двух устойчивых состояний в зависимости от начальных условий. Известным примером переключения с положительной обратной связью может быть переключение между cI и Cro в λ -фаге, которые репрессируют друг друга. Положительные обратные связи также демонстрируют гистерезис: если состояние системы зависит от индуцирующего лиганда X, так что система достигает состояния S2при высоких уровнях лиганда, то для переключения с S2на S1концентрацию Xнеобходимо было бы снизить концентрацию ниже уровня, необходимого для для S1переключения S2; наоборот. Другими словами, система пытается оставаться в своем текущем состоянии.

Если факторы транскрипции, составляющие генетическую положительную обратную связь, имеют кооперативное поведение, то вы можете ожидать крутой кривой переключения.

Подробности смотрите в этом обзоре.

Интерференция транскрипции также может быть хорошим механизмом для обеспечения таких переключений. Интерференция транскрипции происходит между генами, находящимися в непосредственной близости друг от друга. В основном, как следует из этого термина, соседние гены могут мешать транскрипции друг друга (за счет перекрывания промоторов, блокирующих инициацию транскрипции, столкновения механизмов транскрипции на 3'-концах и т. д.). В этой статье все это хорошо объяснено вместе с теоретической моделью, называемой сетью интерференции транскрипции.

Таким образом, упомянутый в вопросе переключатель может быть выполнен с помощью этого механизма. Давайте возьмем два гена (А и В), которые демонстрируют феномен интерференции транскрипции. Также давайте представим ориентацию генов, при которой два гена обращены друг к другу своими 3'-концами, как на картинке ниже (часть B3, но с меньшим перекрытием на 3'-концах). Суть в том, что ген А «сильнее», чем ген В (имеет более высокую скорость инициации транскрипции), поэтому на 3'-концах он может подавлять ген, отключая полимеразу (существует множество возможных сценариев, когда две РНКП сталкиваются или взаимодействуют друг с другом). встретить одного, сбивающего другого, — это только один из них). Теперь, если бы активность гена А была снижена, тогда ген В мог бы взять верх над геном А и аннулировать его с помощью того же механизма, что и раньше. В этом случае инициация транскрипции по-прежнему будет происходить на гене А, но он не сможет продуцировать жизнеспособную РНК, поскольку транскрипция завершится раньше. Это приводит к полному отключению экспрессии гена А.

антипараллельные перекрытия

(источник связанной статьи выше)

Поскольку экспрессия генов и транскрипция являются «дырявыми», некоторая минимальная активность в основном присутствует всегда, можно позаботиться об упомянутом выше механизме. В статье, на которую я дал ссылку, есть много других примеров того, как такое переключение может быть выполнено с помощью интерференции транскрипции. Я только что взял один из них. Также вы заметите, что модель транскрипционно-интерференционной сети основана на таких переключателях.

Может ли молекулярная генетика сделать логическую переменную из непрерывной переменной?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v