Войти
Транскрипционный всплеск, также известный как пульсация транскрипции, является фундаментальным свойством генов, в которых транскрипция от ДНК до РНК может происходить «всплесками» или «импульсами». ", которое наблюдалось у различных организмов, от бактерий до млекопитающих.
Это явление стало известно с появлением таких технологий, как тегирование MS2 и одиночная молекула РНК флуоресценция in situ гибридизация, для обнаружения продукции РНК в отдельных клетках посредством точные измерения количества РНК или появления РНК в гене. Другие, более распространенные методы, такие как Нозерн-блоттинг, микроматрицы, RT-PCR и RNA-Seq, измеряют объемные уровни РНК из экстракты однородных популяций. Эти методы теряют динамическую информацию от отдельных клеток и создают впечатление, что транскрипция - это непрерывный плавный процесс. Наблюдаемая на уровне отдельных клеток, транскрипция нерегулярна, с сильными периодами активности, чередующимися с длительными периодами бездействия.
Всплеск может быть результатом стохастической природы биохимических событий, наложенных на двухступенчатое колебание. Предполагается, что в своей наиболее простой форме ген находится в двух состояниях, в одном из которых активность незначительна, а в другом существует определенная вероятность активации. Только во втором состоянии легко происходит транскрипция. Похоже, что некоторые рудиментарные эукариоты имеют гены, которые не раскрываются. Гены всегда находятся в разрешающем состоянии, с простой вероятностью, описывающей количество сгенерированных РНК.
Более свежие данные показывают, что модель с двумя состояниями может быть чрезмерным упрощением. Транскрипцию гена c-Fos в ответ на стимуляцию сывороткой можно по большей части описать двумя состояниями, хотя в определенные моменты времени после стимуляции третье состояние лучше объясняет различия в данных. Другая модель предполагает, что может применяться модель с двумя состояниями, но каждая клетка имеет разную скорость транскрипции в активном состоянии. Другие анализы указывают на спектр или континуум состояний активности. Ядерный и сигнальный ландшафты сложных эукариотических ядер могут способствовать большему количеству два простых состояния - например, существует более нескольких десятков посттрансляционных модификаций нуклеосом и, возможно, сотни различных белков, участвующих в средней реакции транскрипции эукариот.
Что представляют собой репрессивные и разрешительные государства? Привлекательная идея состоит в том, что репрессированное состояние является закрытой конформацией хроматина, в то время как разрешающие состояния более открыты. Другая гипотеза состоит в том, что флуктуации между состояниями отражают обратимые переходы в связывании и диссоциации комплексов до инициации. Всплески также могут быть результатом прерывистой передачи сигналов, эффектов клеточного цикла или перемещения хроматина к и от фабрик транскрипции. Было продемонстрировано, что динамика разрыва зависит от размера клетки и частоты внеклеточной передачи сигналов. Недавние данные показывают, что разные степени суперспирализации различают разрешающее и неактивное состояния.
Феномен разрыва, в отличие от простых вероятностных моделей транскрипции, может объяснить высокую вариабельность (см. транскрипционный шум ) в экспрессии генов, происходящей между клетками в изогенных популяциях. Эта изменчивость, в свою очередь, может иметь огромные последствия для поведения клеток и должна быть смягчена или интегрирована. Предлагаемые механизмы подавления шума включают сильную внеклеточную передачу сигналов, диффузию РНК и белка в клеточную синцитию, проксимальную паузу промотора и ядерное удержание транскриптов. В определенных контекстах, таких как выживание микробов в быстро меняющейся стрессовой среде, вариабельность экспрессии может быть существенной. Вариабельность также влияет на эффективность клинического лечения, поскольку устойчивость бактерий к антибиотикам, очевидно, вызвана негенетическими различиями. Подобные явления могут способствовать устойчивости субпопуляций раковых клеток к химиотерапии. Также предполагается, что спонтанная вариабельность экспрессии генов действует как источник разнообразия клеточных судеб в процессах самоорганизующейся дифференцировки и может выступать в качестве барьера для эффективных стратегий клеточного репрограммирования.
