¿Puede la genética molecular hacer una variable booleana a partir de una variable continua?

En el mismo tipo de idea que esta pregunta . La expresión génica se regula a través de interacciones complejas. La concentración de potenciadores y represores es un aspecto importante que dicta el nivel de expresión de un gen dado. Estas concentraciones pueden tomar diferentes valores en una escala continua.

Imagine un caso en el que la aptitud se maximiza cuando un gen dado produce nproteínas por minuto si la concentración de una proteína dada es mayor que x. Si la concentración de la proteína fuera inferior a x, entonces el gen no debería expresarse (se producen 0 proteínas por minuto). En tal caso, sería genial si un grupo de reactivos pudiera simular una "función de cambio" que cambiaría de "SIN EXPRESIÓN" a "EXPRESIÓN" en x.

Me parece que tal función de interruptor debería ser muy complicada de desarrollar. Sospecharía que todas las reacciones químicas, incluida la unión del potenciador a la región promotora, deberían seguir la ley de Michaelis-Menten y la función de Michaelis-Menten no es en absoluto una función de cambio. Entonces, he estado pensando en la vinculación cooperativa. La ecuación de Hill describe una función que es efectivamente una función de cambio dado que el coeficiente de Hill es lo suficientemente alto. Sin embargo, buscando un poco en la literatura, parece que el coeficiente de Hill nunca supera realmente 3 (o 5 para estimaciones extremas). Un coeficiente de Hill dentro de este rango da una función logística, pero aún parece bastante subóptimo en comparación con lo que podría hacer una función de cambio perfecta.

¿Hay funciones de cambio en la genética molecular que podrían traducir una concentración en una señal VERDADERO/FALSO? ¿Qué tan bien simulan la función de interruptor perfecta? ¿Se basan en la vinculación cooperativa o en algún otro mecanismo?

Referencias para la estimación de los coeficientes de Hill:

Respuestas (2)

Los comentarios positivos pueden ser una alternativa. Las retroalimentaciones positivas exhiben biestabilidad y, por lo tanto, pueden adoptar uno de los dos estados estables según la condición inicial. Un ejemplo famoso de un cambio de retroalimentación positiva sería el que ocurre entre cI y Cro en el fago λ , que se reprimen entre sí. Las retroalimentaciones positivas también muestran histéresis: si el estado del sistema depende de un ligando inductor , de Xmodo que el sistema alcanza un estado S2en niveles altos del ligando, entonces para cambiar de S2a S1la concentración Xtendría que reducirse por debajo del nivel requerido para el S1cambiar S2; y viceversa. En otras palabras, el sistema intenta permanecer en su estado actual.

Si los factores de transcripción que constituyen la retroalimentación positiva genética tienen un comportamiento cooperativo, se puede esperar una curva de cambio empinada.

Para más detalles ver esta revisión.

La interferencia de transcripción también puede ser un buen mecanismo para proporcionar dichos interruptores. La interferencia de transcripción se produce entre genes muy próximos entre sí. Esto es básicamente, como sugiere el término, que los genes vecinos pueden interferir entre sí en la transcripción (mediante la superposición de promotores que bloquean el inicio de la transcripción, la colisión de la maquinaria de transcripción en los extremos 3', etc.). En este artículo todo esto está bien explicado junto con un modelo teórico llamado red de interferencia de transcripción.

Entonces, este mecanismo puede llevar a cabo un cambio mencionado en la pregunta. Tomemos dos genes (A y B) que presentan este fenómeno de interferencia en la transcripción. También imaginemos una orientación de genes donde los dos genes se enfrentan entre sí con sus extremos 3 'como en la imagen a continuación (parte B3 pero con una superposición más pequeña en los extremos 3'). La configuración es que el gen A es 'más fuerte' que el gen B (tiene una tasa de iniciación de la transcripción más alta), por lo tanto, en los extremos principales 3 'puede suprimir el gen al eliminar la polimerasa (hay muchos escenarios posibles cuando dos RNAP-s colisionan o encontrarse con uno derribando al otro es solo uno de ellos). Ahora bien, si se redujera la actividad del gen A, entonces el gen B podría superar y anular al gen A con el mismo mecanismo visto antes. En este caso, el inicio de la transcripción aún ocurriría en el gen A, pero no podría producir ARN viable porque la transcripción terminaría antes. Esto da como resultado el cierre completo de la expresión del gen A.

superposiciones antiparalelas

(fuente del artículo vinculado arriba)

Dado que la expresión génica y la transcripción tienen fugas, básicamente siempre está presente alguna actividad mínima, el mecanismo mencionado anteriormente puede solucionarse. En el artículo que vinculé, hay muchos otros ejemplos de cómo tal cambio podría llevarse a cabo mediante la interferencia de la transcripción. Acabo de tomar uno de ellos. También notará que el modelo de red de interferencia de transcripción se basa en dichos conmutadores.

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