Toggle switch: noise determines the winning gene.
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DOI：
10.1088/1478-3975/10/3/035007
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发表时间：
2013-06
期刊：
影响因子：
2
通讯作者：
Lipniacki T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jaruszewicz J;Lipniacki T
双稳态调节元件增强了细胞群体的异质性，并且在多细胞生物中，允许细胞特化并指定其命运。我们的研究表明，在遗传开关系统中，噪声特性控制细胞群体将定居在两个表观遗传吸引子中的哪一个。我们重点研究了两类噪声：基因开关噪声和蛋白质二聚噪声。我们发现，这些噪声分量的幅度的变化为两个竞争基因之一，引入了一个大的不对称的蛋白质的平稳概率分布，并改变个别基因激活的相对概率。有趣的是，与给定基因相关的噪音的增加可以促进或抑制基因的激活，这取决于噪音的类型。也就是说，每个基因被其基因转换噪音的增加所抑制，并被其蛋白质产物二聚化噪音的增加所激活。发现观察到的效应对模型参数的高达5倍的大偏差具有鲁棒性。总之，我们证明了噪声本身可以决定表观遗传吸引子的相对强度，这可能提供了一种独特的控制细胞命运决定的模式。
Bistable regulatory elements enhance heterogeneity in cell populations and, in multicellular organisms, allow cells to specialize and specify their fate. Our study demonstrates that in a system of bistable genetic switch, the noise characteristics control in which of the two epigenetic attractors the cell population will settle. We focus on two types of noise: the gene switching noise and protein dimerization noise. We found that the change of magnitudes of these noise components for one of the two competing genes introduces a large asymmetry of the protein stationary probability distribution and changes the relative probability of individual gene activation. Interestingly, an increase of noise associated with a given gene can either promote or suppress activation of the gene, depending on the type of noise. Namely, each gene is repressed by an increase of its gene switching noise and activated by an increase of its protein-product dimerization noise. The observed effect was found robust to the large, up to 5-fold deviations of the model parameters. In summary, we demonstrated that noise itself may determine the relative strength of the epigenetic attractors, which may provide a unique mode of control of cell fate decisions.
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