Regulatory activity revealed by dynamic correlations in gene expression noise.
Regulatory activity revealed by dynamic correlations in gene expression noise.
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DOI：
10.1038/ng.281
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发表时间：
2008-12
期刊：
影响因子：
30.8
通讯作者：
Elowitz, Michael B.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dunlop, Mary J.;Cox, Robert Sidney, III;Levine, Joseph H.;Murray, Richard M.;Elowitz, Michael B.
基因调控相互作用具有环境依赖性，在某些细胞状态下活跃，在其他状态下则不活跃。基因表达中的随机波动（或“噪声”）通过活跃的调控链路传播，而不通过不活跃的链路传播。因此，基因表达噪声的相关性可以提供一种非侵入性的方法来探测调控链路的活性状态。然而，全局的“外在”噪声源即使在没有直接调控链路的情况下也会产生相关性。在此我们表明，单细胞延时显微镜通过揭示由调控引起的时间延迟，可以区分活跃的调控连接和外在噪声。我们通过随机建模从数学上证明了这一原理，并使用简单的合成基因回路进行了实验验证。然后我们使用这种方法分析大肠杆菌半乳糖代谢基因中的动态噪声相关性。我们发现CRP - GalS - GalE前馈环路在标准条件下不活跃，但在GalR突变体中可以变得活跃。这些结果展示了噪声如何有助于分析内源基因回路中调控相互作用的环境依赖性。
Gene regulatory interactions are context–dependent, active in some cellular states but not others. Stochastic fluctuations, or ‘noise,’ in gene expression propagate through active, but not inactive, regulatory links. Thus, correlations in gene expression noise could provide a non-invasive means to probe the activity states of regulatory links. However, global, ‘extrinsic’, noise sources generate correlations even without direct regulatory links. Here we show that single-cell time-lapse microscopy, by revealing time lags due to regulation, can discriminate between active regulatory connections and extrinsic noise. We demonstrate this principle mathematically, using stochastic modeling, and experimentally, using simple synthetic gene circuits. We then use this approach to analyze dynamic noise correlations in the galactose metabolism genes of E. coli. We find that the CRP-GalS-GalE feed-forward loop is inactive in standard conditions, but can become active in a GalR mutant. These results show how noise can help analyze the context-dependence of regulatory interactions in endogenous gene circuits.
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DOI：
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发表时间：
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