Транскрипционный шум

Транскрипционный шум является основной причиной изменчивости ( шума ) в экспрессии генов , происходящей между клетками в изогенных популяциях (см. также клеточный шум ). ^[1] Предполагаемым источником транскрипционного шума является транскрипционный всплеск ^[2]^[3]^[4], хотя другие источники гетерогенности, такие как неравное разделение содержимого клеток при митозе, также, вероятно, вносят значительный вклад. ^[5] Всплеск транскрипции, в отличие от простых вероятностных моделей транскрипции, отражает множественные состояния активности генов с колебаниями между состояниями, разделенными нерегулярными интервалами, что приводит к неравномерной экспрессии белка между клетками. Шум в экспрессии генов может иметь огромные последствия для поведения клеток и должен быть смягчен или интегрирован. В определенных контекстах, таких как установление вирусной латентности, выживание микробов в быстро меняющихся стрессовых условиях или несколько типов рассеянной дифференциации, изменчивость может быть существенной. ^[6]^[7] Изменчивость также влияет на эффективность клинического лечения, при этом устойчивость бактерий и дрожжей к антибиотикам , очевидно, вызвана негенетическими различиями. ^[8]^[9] Изменчивость в экспрессии генов также может способствовать устойчивости субпопуляций раковых клеток к химиотерапии ^[10] и, по-видимому, является препятствием для лечения ВИЧ. ^[11]

Примечания

^ Радж, А; Ван Ауденарден, А (2008). «Природа, воспитание или случайность: стохастическая экспрессия генов и ее последствия». Cell . 135 (2): 216– 26. doi :10.1016/j.cell.2008.09.050. PMC 3118044 . PMID 18957198.
^ Голдинг, И; Паульссон, Дж; Завильски, СМ; Кокс, ЕС (2005). «Кинетика активности генов в реальном времени у отдельных бактерий». Cell . 123 (6): 1025–36 . doi : 10.1016/j.cell.2005.09.031 . PMID 16360033.
^ Chubb, JR; Trcek, T; Shenoy, SM; Singer, RH (2006). «Транскрипционная пульсация гена развития». Current Biology . 16 (10): 1018– 25. Bibcode : 2006CBio...16.1018C. doi : 10.1016/j.cub.2006.03.092. PMC 4764056. PMID 16713960 .
^ Радж, А.; Пескин, К.С.; Транчина, Д.; Варгас, Д.Й.; Тьяги, С. (2006). «Стохастический синтез мРНК в клетках млекопитающих». PLOS Biology . 4 (10): e309. doi : 10.1371/journal.pbio.0040309 . PMC 1563489. PMID 17048983 .
^ Huh, D.; Paulsson, J. (2010). «Негенетическая гетерогенность от стохастического разделения при делении клеток». Nature Genetics . 43 (2): 95– 100. doi :10.1038/ng.729. PMC 3208402 . PMID 21186354.
^ Weinberger, LS; Burnett, JC; Toettcher, JE; Arkin, AP; Schaffer, DV (2005). «Стохастическая экспрессия генов в лентивирусной положительной обратной связи: колебания Tat ВИЧ-1 управляют фенотипическим разнообразием». Cell . 122 (2): 169– 82. arXiv : q-bio/0608002 . doi :10.1016/j.cell.2005.06.006. PMID 16051143. S2CID 8061716.
^ Losick, R.; Desplan, C. (2008). «Стохастичность и судьба клеток». Science . 320 (5872): 65– 68. Bibcode :2008Sci...320...65L. doi :10.1126/science.1147888. PMC 2605794 . PMID 18388284.
^ Льюис, К. (2010). «Персистерные клетки». Ежегодный обзор микробиологии . 64 : 357–372 . doi :10.1146/annurev.micro.112408.134306. PMID 20528688.
^ Блейк, Уильям Дж; Балажи, Габор; Кохански, Майкл А; Айзекс, Фаррен Дж; Мерфи, Кевин Ф; Куанг, Йина; Кантор, Чарльз Р.; Уолт, Дэвид Р.; Коллинз, Джеймс Дж (2006). «Фенотипические последствия транскрипционного шума, опосредованного промотором». Молекулярная клетка . 24 (6): 853–865 . doi : 10.1016/j.molcel.2006.11.003 . ПМИД 17189188.
^ Шарма, С.В.; Ли, Д.Й.; Ли, Б.; Куинлан, М.П.; Такахаши, Ф.; Махесваран, С.; Макдермотт, У.; Азизиан, Н.; Зоу, Л.; Фишбах, МА; Вонг, К.К.; Брандштеттер, К.; Виттнер, Б.; Рамасвами, С.; Классон, М.; Сеттлман, Дж. (2010). «Опосредованное хроматином обратимое состояние лекарственной устойчивости в субпопуляциях раковых клеток». Cell . 141 (1): 69– 80. doi :10.1016/j.cell.2010.02.027. PMC 2851638 . PMID 20371346.
^ Вайнбергер, А.Д.; Вайнбергер, Л.С. (2013). «Стохастический выбор судьбы у ВИЧ-инфицированных пациентов». Cell . 155 (3): 497– 9. doi : 10.1016/j.cell.2013.09.039 . PMID 24243007.

[1] Радж, А; Ван Ауденарден, А (2008). «Природа, воспитание или случайность: стохастическая экспрессия генов и ее последствия». Cell . 135 (2): 216– 26. doi :10.1016/j.cell.2008.09.050. PMC 3118044 . PMID 18957198.

[2] Голдинг, И; Паульссон, Дж; Завильски, СМ; Кокс, ЕС (2005). «Кинетика активности генов в реальном времени у отдельных бактерий». Cell . 123 (6): 1025–36 . doi : 10.1016/j.cell.2005.09.031 . PMID 16360033.

[3] Chubb, JR; Trcek, T; Shenoy, SM; Singer, RH (2006). «Транскрипционная пульсация гена развития». Current Biology . 16 (10): 1018– 25. Bibcode : 2006CBio...16.1018C. doi : 10.1016/j.cub.2006.03.092. PMC 4764056. PMID 16713960 .

[4] Радж, А.; Пескин, К.С.; Транчина, Д.; Варгас, Д.Й.; Тьяги, С. (2006). «Стохастический синтез мРНК в клетках млекопитающих». PLOS Biology . 4 (10): e309. doi : 10.1371/journal.pbio.0040309 . PMC 1563489. PMID 17048983 .

[5] Huh, D.; Paulsson, J. (2010). «Негенетическая гетерогенность от стохастического разделения при делении клеток». Nature Genetics . 43 (2): 95– 100. doi :10.1038/ng.729. PMC 3208402 . PMID 21186354.

[6] Weinberger, LS; Burnett, JC; Toettcher, JE; Arkin, AP; Schaffer, DV (2005). «Стохастическая экспрессия генов в лентивирусной положительной обратной связи: колебания Tat ВИЧ-1 управляют фенотипическим разнообразием». Cell . 122 (2): 169– 82. arXiv : q-bio/0608002 . doi :10.1016/j.cell.2005.06.006. PMID 16051143. S2CID 8061716.

[7] Losick, R.; Desplan, C. (2008). «Стохастичность и судьба клеток». Science . 320 (5872): 65– 68. Bibcode :2008Sci...320...65L. doi :10.1126/science.1147888. PMC 2605794 . PMID 18388284.

[8] Льюис, К. (2010). «Персистерные клетки». Ежегодный обзор микробиологии . 64 : 357–372 . doi :10.1146/annurev.micro.112408.134306. PMID 20528688.

[9] Блейк, Уильям Дж; Балажи, Габор; Кохански, Майкл А; Айзекс, Фаррен Дж; Мерфи, Кевин Ф; Куанг, Йина; Кантор, Чарльз Р.; Уолт, Дэвид Р.; Коллинз, Джеймс Дж (2006). «Фенотипические последствия транскрипционного шума, опосредованного промотором». Молекулярная клетка . 24 (6): 853–865 . doi : 10.1016/j.molcel.2006.11.003 . ПМИД 17189188.

[10] Шарма, С.В.; Ли, Д.Й.; Ли, Б.; Куинлан, М.П.; Такахаши, Ф.; Махесваран, С.; Макдермотт, У.; Азизиан, Н.; Зоу, Л.; Фишбах, МА; Вонг, К.К.; Брандштеттер, К.; Виттнер, Б.; Рамасвами, С.; Классон, М.; Сеттлман, Дж. (2010). «Опосредованное хроматином обратимое состояние лекарственной устойчивости в субпопуляциях раковых клеток». Cell . 141 (1): 69– 80. doi :10.1016/j.cell.2010.02.027. PMC 2851638 . PMID 20371346.

[11] Вайнбергер, А.Д.; Вайнбергер, Л.С. (2013). «Стохастический выбор судьбы у ВИЧ-инфицированных пациентов». Cell . 155 (3): 497– 9. doi : 10.1016/j.cell.2013.09.039 . PMID 24243007.