Synthetic gene networks recapitulate dynamic signal decoding and differential gene expression
Synthetic gene networks recapitulate dynamic signal decoding and differential gene expression
复制标题
合成基因网络概括了动态信号解码和差异基因表达
DOI：
10.1101/2021.01.07.425755
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
M. Khammash
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dirk Benzinger;Serguei Ovinnikov;M. Khammash
细胞生活在不断变化的环境中，并使用动态信号通路来传递有关它们遇到的信号的信息。然而，动态信号被解码成适当的基因表达模式的机制仍然知之甚少。在这里，我们设计了联网的光遗传路径，实现了概括细胞信息处理的新的动态信号处理功能。利用具有不同响应动力学的光响应转录调节器，我们构建了一个下降沿脉冲检测器，并表明该电路可以用于动态编码信号的多路分解。我们将这种多路分解器与基于dCas9的基因网络相结合，构建了脉动信号过滤器和解码器。应用信息论，我们证明了动态多路传输显著提高了从信号到基因表达状态的信息传输能力。最后，我们使用动态多路传输对异源代谢途径进行精确的多维调节。我们的结果阐明了动态信息处理的设计原则，并为生物技术应用提供了能够解码复杂信号的原创合成系统。
Cells live in constantly changing environments and employ dynamic signaling pathways to transduce information about the signals they encounter. However, the mechanisms by which dynamic signals are decoded into appropriate gene expression patterns remain poorly understood. Here, we devise networked optogenetic pathways that achieve novel dynamic signal processing functions that recapitulate cellular information processing. Exploiting light-responsive transcriptional regulators with differing response kinetics, we build a falling-edge pulse-detector and show that this circuit can be employed to demultiplex dynamically encoded signals. We combine this demultiplexer with dCas9-based gene networks to construct pulsatile-signal filters and decoders. Applying information theory, we show that dynamic multiplexing significantly increases the information transmission capacity from signal to gene expression state. Finally, we use dynamic multiplexing for precise multidimensional regulation of a heterologous metabolic pathway. Our results elucidate design principles of dynamic information processing and provide original synthetic systems capable of decoding complex signals for biotechnological applications.
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影响因子：
4.8
作者：
Hughes, Robert M.;Bolger, Steven;Tapadia, Hersh;Tucker, Chandra L.
通讯作者：
Tucker, Chandra L.
影响因子：
16
作者：
Wilson MZ;Ravindran PT;Lim WA;Toettcher JE
通讯作者：
Toettcher JE
影响因子：
2.9
作者：
Zoltowski, Brian D.;Motta-Mena, Laura B.;Gardner, Kevin H.
通讯作者：
Gardner, Kevin H.
使用合成的早期基因设计组合和动态解码器
影响因子：
5.9
作者：
Ravindran, Pavithran T.;Wilson, Maxwell Z.;Jena, Siddhartha G.;Toettcher, Jared E.
通讯作者：
Toettcher, Jared E.
DOI：
10.1042/bj20081949
发表时间：
2009-03-15
期刊：
The Biochemical journal
影响因子：
--
作者：
Shcherbo D;Murphy CS;Ermakova GV;Solovieva EA;Chepurnykh TV;Shcheglov AS;Verkhusha VV;Pletnev VZ;Hazelwood KL;Roche PM;Lukyanov S;Zaraisky AG;Davidson MW;Chudakov DM
通讯作者：
Chudakov DM