Frequency-modulated nuclear localization bursts coordinate gene regulation.
Frequency-modulated nuclear localization bursts coordinate gene regulation.
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DOI：
10.1038/nature07292
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发表时间：
2008-09-25
期刊：
影响因子：
64.8
通讯作者：
Elowitz, Michael B.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cai, Long;Dalal, Chiraj K.;Elowitz, Michael B.
在酵母中，转录因子Crz1被去磷酸化并易位到细胞核中以响应细胞外钙。使用延时显微镜，我们发现Crz1表现出短暂的核定位爆发（约12分钟），在单个细胞中随机发生，并传播到下游基因的表达。引人注目的是，钙浓度控制的频率，但不持续时间，本地化突发。使用分析模型，我们发现，这种频率调制（FM）的突发确保多个靶基因的比例表达在一个广泛的动态范围内的表达水平，独立于启动子的特性。我们用天然和合成的Crz1靶启动子实验证实了这一理论。另一种应激反应转录因子Msn2在钙应激下表现出类似但基本上不相关的定位爆发。这些结果表明，FM调节定位突发可能是一个通用的控制策略，利用细胞来协调多基因对外部信号的反应。
In yeast, the transcription factor Crz1 is dephosphorylated and translocates into the nucleus in response to extracellular calcium. Using time-lapse microscopy, we found that Crz1 exhibited short bursts of nuclear localization (∼2 minutes) that occurred stochastically in individual cells and propagated to the expression of downstream genes. Strikingly, calcium concentration controlled the frequency, but not duration, of localization bursts. Using an analytic model, we found that this frequency modulation (FM) of bursts ensures proportional expression of multiple target genes across a wide dynamic range of expression levels, independent of promoter characteristics. We experimentally confirmed this theory with natural and synthetic Crz1 target promoters. Another stress response transcription factor, Msn2, exhibits similar, but largely uncorrelated, localization bursts under calcium stress. These results suggest that FM regulation of localization bursts may be a general control strategy utilized by the cell to coordinate multi-gene responses to external signals.
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