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        上下調(diào)整基因表達量
        
			
        
				2019-01-30 09:52:12
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        基因表達可以像開關(guān)一樣打開和關(guān)閉，或者可以像音量控制旋鈕一樣進行微調(diào)。沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院(OIST)的Nick Luscombe教授的研究科學(xué)家Garth Ilsley博士開發(fā)了一個數(shù)學(xué)模型，展示了如何可預(yù)測地調(diào)整基因表達。這是通過實驗驗證的，該技術(shù)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(xué)有重要意義。 ，具有干細胞重編程和再生醫(yī)學(xué)的潛在應(yīng)用。
        

        上下調(diào)整基因表達量
        

        轉(zhuǎn)錄因子是與DNA的特定區(qū)域結(jié)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?？茖W(xué)家們研究了激活和抑制的工作原理以及如何預(yù)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(yīng)用了一種新的數(shù)學(xué)模型，該模型不需要關(guān)于與增強子結(jié)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(yù)測最終音量。使用人工轉(zhuǎn)錄因子通過實驗測試這些預(yù)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(xué)家們研究了果蠅(Drosophila melanogaster)早期胚胎。的數(shù)學(xué)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(jié)果與模型的預(yù)測相符，表明人工激活劑和阻遏物可以以可控和可重復(fù)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(yù)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(jié)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(guān)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(xué)進展，如定量成像和RNA測序，以及數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)在給出生物學(xué)家們需要他們深入研究基因表達調(diào)整的復(fù)雜性以及可預(yù)測地操縱細胞所需的工具，“伊爾斯利博士總結(jié)道。
        
			

			
          
        
			
        
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