Tracing Information Flow from Erk to Target Gene Induction Reveals Mechanisms of Dynamic and Combinatorial Control.
Tracing Information Flow from Erk to Target Gene Induction Reveals Mechanisms of Dynamic and Combinatorial Control.
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DOI：
10.1016/j.molcel.2017.07.016
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发表时间：
2017-09-07
期刊：
影响因子：
16
通讯作者：
Toettcher JE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wilson MZ;Ravindran PT;Lim WA;Toettcher JE
细胞信号网络协调特定的蛋白质表达模式，以响应外部信号。然而，信号通路活动决定目标蛋白最终丰度的逻辑是复杂的，而且人们对其知之甚少。在这里，我们描述了一种同时控制Ras/Erk通路的方法，同时监测单个活细胞中靶基因的转录和蛋白质积累。我们应用我们的方法来剖析Erk活性是如何被即时早期基因（IEGs）解码的。我们发现，IEG转录通过共享带通滤波电路解码Erk动态：重复的Erk脉冲比持续的Erk输入更有效地转录IEG。然而，尽管转录反应高度相似，每个IEG表现出显著不同的蛋白质水平积累，表明通过多种途径的组合进行高度的转录后调节。我们的研究结果表明，Ras/Erk通路可以通过动态过滤器和逻辑门来解码，以特定环境的方式塑造靶基因反应。信号蛋白动力学广泛存在，但其生物学功能尚不清楚。在本期的Molecular Cell中，Wilson等人利用光遗传学技术控制Ras信号，同时可视化靶基因的反应，揭示了基因表达的动态和组合控制。
Cell signaling networks coordinate specific patterns of protein expression in response to external cues. Yet the logic by which signaling pathway activity determines the eventual abundance of target proteins is complex and poorly understood. Here, we describe an approach for simultaneously controlling the Ras/Erk pathway while monitoring a target gene’s transcription and protein accumulation in single live cells. We apply our approach to dissect how Erk activity is decoded by immediate-early genes (IEGs). We find that IEG transcription decodes Erk dynamics through a shared band-pass filtering circuit: repeated Erk pulses transcribe IEGs more efficiently than sustained Erk inputs. However, despite highly similar transcriptional responses, each IEG exhibits dramatically different protein-level accumulation, demonstrating a high degree of post-transcriptional regulation by combinations of multiple pathways. Our results demonstrate that the Ras/Erk pathway is decoded both by dynamic filters and logic gates to shape target gene responses in a context-specific manner. Signaling protein dynamics are widespread but their biological functions are poorly understood. In this issue of Molecular Cell, Wilson et al. use optogenetics to control Ras signaling while visualizing target gene responses, revealing dynamic and combinatorial control of gene expression.
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DOI：
10.1126/science.1202142
发表时间：
2011-04-22
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Larson DR;Zenklusen D;Wu B;Chao JA;Singer RH
通讯作者：
Singer RH
影响因子：
64.5
作者：
Regot S;Hughey JJ;Bajar BT;Carrasco S;Covert MW
通讯作者：
Covert MW
影响因子：
46.9
作者：
Pédelacq, JD;Cabantous, S;Waldo, GS
通讯作者：
Waldo, GS
振荡应激刺激揭示了酵母 MAPK 信号网络的致命弱点。
DOI：
10.1126/science.aab0892
发表时间：
2015-12-11
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Mitchell A;Wei P;Lim WA
通讯作者：
Lim WA
影响因子：
9.3
作者：
Hannanta-Anan P;Chow BY
通讯作者：
Chow BY