Gene copy number and negative feedback differentially regulate transcriptional variability of segmentation clock genes.
Gene copy number and negative feedback differentially regulate transcriptional variability of segmentation clock genes.
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DOI：
10.1016/j.isci.2022.104579
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发表时间：
2022-07-15
期刊：
影响因子：
5.8
通讯作者：
Ozbudak, Ertugrul M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zinani, Oriana Q. H.;Keseroglu, Kemal;Dey, Supravat;Ay, Ahmet;Singh, Abhyudai;Ozbudak, Ertugrul M.
遗传程序的及时进展对于胚胎发育至关重要。然而，基因表达涉及生化反应中不可避免的波动，导致细胞间的显着差异（基因表达噪音）。发育生物学中的重要问题之一是，尽管基因表达存在这些不可避免的波动，如何可重复地执行模式形成。在这里，我们研究了多遗传背景下两对斑马鱼分割时钟基因（her1 和 her7）的转录变异性。分段时钟基因建立了一个振荡的自我调节系统，为研究转录变异性的控制提供了一个具有挑战性但又美丽的系统。在这项研究中，我们发现 Her1 和 Her7 蛋白建立的负反馈环最大限度地减少了不相关的变异性，而基因拷贝数以类似的方式影响两种 RNA 的变异性（相关变异性）。我们预计这些发现将有助于分析其他自然时钟的精度，并激发在组织工程中设计精确合成时钟的想法。细胞体积变异性导致时钟基因的相关转录变异性 Her1/7 负反馈环抑制不相关的转录变异性 基因剂量影响分段时钟基因的相关转录变异性 生物科学；时间生物学；发育生物学
Timely progression of a genetic program is critical for embryonic development. However, gene expression involves inevitable fluctuations in biochemical reactions leading to substantial cell-to-cell variability (gene expression noise). One of the important questions in developmental biology is how pattern formation is reproducibly executed despite these unavoidable fluctuations in gene expression. Here, we studied the transcriptional variability of two paired zebrafish segmentation clock genes (her1 and her7) in multiple genetic backgrounds. Segmentation clock genes establish an oscillating self-regulatory system, presenting a challenging yet beautiful system in studying control of transcription variability. In this study, we found that a negative feedback loop established by the Her1 and Her7 proteins minimizes uncorrelated variability whereas gene copy number affects variability of both RNAs in a similar manner (correlated variability). We anticipate that these findings will help analyze the precision of other natural clocks and inspire the ideas for engineering precise synthetic clocks in tissue engineering. Cell volume variability causes correlated transcriptional variability of clock genes Her1/7 negative feedback loop suppresses uncorrelated transcriptional variability Gene dosage impacts correlated transcriptional variability of segmentation clock genes Biological sciences; Chronobiology; Developmental biology
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