A systems-level analysis of perfect adaptation in yeast osmoregulation.
A systems-level analysis of perfect adaptation in yeast osmoregulation.
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DOI：
10.1016/j.cell.2009.04.047
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发表时间：
2009-07-10
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
van Oudenaarden A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Muzzey D;Gómez-Uribe CA;Mettetal JT;van Oudenaarden A
负反馈可以服务于许多不同的细胞功能，包括减少转录网络中的噪音和创造昼夜节律振荡。然而，只有一种特殊类型的负反馈（“积分反馈”）确保完美的适应，其中稳态输出独立于稳态输入。在这里，我们定量测量单细胞动态的酿酒酵母高渗休克网络，调节膜膨压。重要的是，我们发现MAP激酶Hog1的核富集完全适应外部渗透压的变化，这是一个对信号保真度鲁棒的特征，并且以非常低的噪声运行。通过监测多个系统量（例如，细胞体积，Hog1，甘油）和使用不同的输入波形（例如，步骤和斜坡），我们评估网络位置的机制，负责完美的适应在一个最低限度的侵入性的方式。我们的结论是，该系统只包含一个有效的整合机制，这需要Hog1激酶活性和调节甘油合成，但不泄漏。
Negative feedback can serve many different cellular functions, including noise reduction in transcriptional networks and the creation of circadian oscillations. However, only one special type of negative feedback (“integral feedback”) ensures perfect adaptation, where steady-state output is independent of steady-state input. Here we quantitatively measure single-cell dynamics in the Saccharomyces cerevisiae hyperosmotic shock network, which regulates membrane turgor pressure. Importantly, we find that the nuclear enrichment of the MAP kinase Hog1 perfectly adapts to changes in external osmolarity, a feature robust to signaling fidelity and operating with very low noise. By monitoring multiple system quantities (e.g., cell volume, Hog1, glycerol) and using varied input waveforms (e.g., steps and ramps), we assess the network location of the mechanism responsible for perfect adaptation in a minimally invasive manner. We conclude that the system contains only one effective integrating mechanism, which requires Hog1 kinase activity and regulates glycerol synthesis but not leakage.
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