की ओर सिद्धांतों के जीन विनियमन में बहुकोशिकीय सिस्टम? — ScienceDaily


एक टीम के मात्रात्मक जीवविज्ञान के शोधकर्ताओं नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय खुला है में नए अंतर्दृष्टि के प्रभाव stochasticity जीन अभिव्यक्ति में की पेशकश की है, नए विकास में सुराग जीवधारी डिजाइन में सिद्धांतों के भौतिक बाधाओं ।

कोशिकाओं में जीन व्यक्त कर रहे हैं के माध्यम से प्रतिलेखन, जहां एक प्रक्रिया में इनकोडिंग आनुवंशिक जानकारी डीएनए में नकल मैसेंजर आरएनए (mRNA). MRNA तो अनुवाद करने के लिए बनाने के लिए प्रोटीन अणुओं, workhorses की कोशिकाओं. इस पूरी प्रक्रिया के अधीन है के फटने प्राकृतिक stochasticity-या randomness-जो कर सकते हैं प्रभाव के परिणाम जैविक प्रक्रियाओं है कि प्रोटीन के लिए बाहर ले.

शोधकर्ताओं ने’ नई प्रायोगिक और सैद्धांतिक विश्लेषण अध्ययन का एक संग्रह में जीन ड्रोसोफिला, एक परिवार के फल मक्खियों, और पाया कि जीन की अभिव्यक्ति द्वारा नियंत्रित किया जाता है आवृत्ति इन ट्रांसक्रिप्शनल फटने.

“यह ज्ञात किया गया है लगभग दो दशकों के लिए कि प्रोटीन के स्तर का प्रदर्शन कर सकते हैं की बड़े स्तर stochasticity के कारण उनकी संख्या है, लेकिन यह कभी नहीं किया गया empirically में प्रदर्शन किया बहुकोशिकीय जीवों के दौरान विकास ने कहा,” माधव मणि, सहायक प्रोफेसर के इंजीनियरिंग विज्ञान और अनुप्रयुक्त गणित में McCormick इंजीनियरिंग के स्कूल. “यह काम पहली बार के लिए पहचान की भूमिका में randomness के परिणाम में फेरबदल एक विकासात्मक प्रक्रिया है।”

एक कागज की रूपरेखा तैयार करने, काम, शीर्षक “विंग और डीपीपी Morphogens को विनियमित जीन की अभिव्यक्ति Modulating द्वारा की आवृत्ति ट्रांसक्रिप्शनल फटने,” प्रकाशित किया गया था 22 जून जर्नल में eLife. मणि एक सह इसी लेखक पर अध्ययन के साथ-साथ रिचर्ड Carthew, के प्रोफेसर आण्विक बायोसाइंसेज में वेनबर्ग कॉलेज के कला और विज्ञान है. दोनों के सदस्य हैं पश्चिमोत्तर NSF-सिमंस केंद्र के लिए मात्रात्मक जीवविज्ञान, एक साथ लाता है जो गणितीय वैज्ञानिकों और विकासात्मक जीव की जांच करने के लिए जीव विज्ञान के पशु विकास.

इस अध्ययन पर बनाता है हाल ही में एक कागज जिसमें शोधकर्ताओं ने अध्ययन की भूमिका stochastic जीन अभिव्यक्ति पर संवेदी पैटर्न गठन में ड्रोसोफिला. का विश्लेषण करके प्रयोगात्मक perturbations के ड्रोसोफिला के बेहोश जीन के खिलाफ गणितीय मॉडल में, टीम निर्धारित किया स्रोतों के जीन के stochasticity, और पाया है कि randomness प्रकट होता है करने के लिए leveraged किया जा करने के लिए आदेश में सही रूप में निर्धारित संवेदी न्यूरॉन भाग्य.

शोधकर्ताओं ने लागू किया जाता है कि समझने के लिए इस नवीनतम अध्ययन नामक तकनीक का उपयोग कर एकल अणु प्रतिदीप्ति स्वस्थानी में संकरण (smFISH) को मापने के लिए नवजात और परिपक्व mRNA में जीन के बहाव के दो प्रमुख patterning कारकों, विंग और डीपीपी के लिए जिम्मेदार अंग के विकास के फल मक्खी के पंख. की तुलना में माप करने के लिए अपने डेटा मॉडल में, शोधकर्ताओं ने पाया है कि, जबकि प्रत्येक जीन के पैटर्न की अभिव्यक्ति में अद्वितीय है, तंत्र है जिसके द्वारा अभिव्यक्ति नियंत्रित किया जाता है-जो टीम का नाम “फट आवृत्ति मॉडुलन” — एक ही है ।

“हमारे परिणाम बताते हैं कि प्रोटीन’ के स्तर के randomness द्वारा प्रभावित कर रहे हैं शारीरिक संरचना जीनोम के आसपास ब्याज की जीन द्वारा नियमन की सुविधाओं में ‘सॉफ्टवेयर’ है कि स्तर को नियंत्रित जीन की अभिव्यक्ति,” मणी कहा. “हम विकसित किया है एक प्रयोगात्मक दृष्टिकोण का अध्ययन करने के लिए का एक बड़ा संग्रह में जीन क्रम में विचार करने के लिए समग्र रुझान के रूप में करने के लिए कैसे stochastic सॉफ्टवेयर के जीन विनियमन में ही नियंत्रित किया जाता है।”

मनाया पैटर्न के जीन विनियमन, मणि ने कहा, काम करता है की तरह एक stochastic प्रकाश स्विच.

“चलो कहते हैं कि तुम जल्दी से flipping एक प्रकाश स्विच पर और बंद है, लेकिन आप अधिक चमक चाहते हैं के बाहर अपने बल्ब. तुम सकता है या तो एक उज्जवल बल्ब का उत्पादन किया है कि अधिक फोटॉनों प्रति इकाई समय, या आप छोड़ सकता है स्विच ‘पर’ अधिक से अधिक ‘बंद,'” मणी कहा. “हम क्या पाया है कि जीवों की मात्रा को नियंत्रित जीन की अभिव्यक्ति को विनियमित करने से कैसे अक्सर जीन की अनुमति दी है पर स्विच करने के लिए, बल्कि बनाने की तुलना में अधिक mRNAs जब यह है।”

Carthew, के लिए केंद्र के निदेशक मात्रात्मक जीवविज्ञान, जोड़ा गया है कि इस मोड में जीन अभिव्यक्ति के नियमन के लिए मनाया गया एकाधिक जीन है, जो संकेत की संभावना पर एक व्यापक जैविक सिद्धांत, जहां मात्रात्मक नियंत्रण जीन अभिव्यक्ति का लाभ उठाता यादृच्छिक प्रक्रिया की प्रकृति.

“इन अध्ययनों से, हम सीख रहे हैं कैसे के लिए नियमों जीन बनाया जा सकता है और अधिक या कम शोर,” Carthew कहा. “कभी कभी कोशिकाओं चाहते हैं दोहन करने के लिए आनुवंशिक शोर-स्तर में भिन्नता के जीन की अभिव्यक्ति — बनाने के लिए बेतरतीब निर्णय. दूसरी बार कोशिकाओं चाहते हैं, शोर को दबाने के लिए बनाता है, क्योंकि यह कोशिकाओं को बहुत चर की भलाई के लिए जीव. आंतरिक विशेषताएँ एक जीन के कर सकते हैं के साथ उन्हें रंगना और अधिक या कम शोर।”

जबकि इंजीनियरों उत्साहित कर रहे हैं करने की क्षमता के द्वारा नियंत्रण और हेरफेर जैविक प्रणालियों, मणि ने कहा, और अधिक मौलिक ज्ञान की जरूरत है होना करने के लिए की खोज की.

“हम केवल हिमशैल के टिप,” मणी कहा. “हम से दूर कर रहे हैं जब एक समय बुनियादी विज्ञान पूरा माना जाता है और सब छोड़ दिया है है इंजीनियरिंग और डिजाइन. प्राकृतिक दुनिया है, अभी भी छिपा है, उसके गहरे रहस्य.”

कहानी का स्रोत:

सामग्री द्वारा ही प्रदान की जाती नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय. मूल एलेक्स द्वारा लिखित Gerage. नोट: सामग्री संपादित किया जा सकता है के लिए शैली और लंबाई ।



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