Extracto
La comprensión del mecanismo básico de la auto-control espacio-temporal de la expresión de genes en todo el genoma comprometido con el complejo epigenética ensamblaje molecular es uno de los principales retos en la ciencia biológica actual. En este estudio, se analizó el perfil dinámico de todo el genoma de la expresión génica de células cancerosas MCF-7 de mama inducido por dos ligandos de receptores ErbB diferentes: factor de crecimiento epidérmico (EGF) y heregulina (HRG), que impulsan la proliferación celular y la diferenciación, respectivamente . Nos centramos nuestra atención para dilucidar cómo mundial surgen respuestas genéticas y para descifrar lo que es un principio fundamental para la auto-control dinámico de la expresión de genes en todo el genoma. La expresión de mRNA conjunto se clasifica en un centenar de grupos de acuerdo a la raíz media cuadrada de fluctuación (
rmsf
). Estos grupos de expresión mostraron correlaciones dependientes del tiempo característicos, lo que indica la existencia de comportamientos colectivos en el conjunto de genes con respecto a la expresión de ARNm y también a los cambios temporales en la expresión. Se observaron todos o nada las respuestas de HRG y EGF (estadísticas bifásicos) en alrededor de 10-20 minutos. La aparición de comportamientos colectivos dependientes del tiempo de expresión se produjo a través de la bifurcación de un estado coherente expresión (CES). En el conjunto de la expresión de ARNm, el proceso auto-organizado revela distintos característicos dominios de expresión para las estadísticas bifásicos, que exhibe en particular la presencia de la criticidad en el perfil de expresión como una ruta para la transición genómico. En los cambios dependientes del tiempo en los dominios de expresión, la dinámica de la CES revela que el desarrollo temporal de los dominios característicos se caracteriza como conmutador biestable autónoma, que exhibe la criticidad dinámica (el desarrollo temporal de la criticidad) en la dinámica de expresión coherentes en todo el genoma. Se espera que el esclarecimiento del origen biofísico para tal comportamiento crítico arroja luz sobre el mecanismo subyacente del control de todo el genoma
Visto:. Tsuchiya M, M Hashimoto, Takenaka Y, EN Motoike, Yoshikawa K (2014 ) Respuesta Global genético en una célula cancerosa: dinámica de la expresión coherente Autoconvocados. PLoS ONE 9 (5): e97411. doi: 10.1371 /journal.pone.0097411
Editor: Dante R. Chialvo, CONICET (CONICET), Argentina
Recibido: 27 de enero de 2014; Aceptado: 18 de abril de 2014; Publicado: 15 de mayo de 2014
Derechos de Autor © 2014 Tsuchiya et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este estudio fue financiado por Tsuruoka City, el gobierno de la prefectura de Yamagata, y el programa GCOE de la Universidad de Keio, y fue apoyado en parte por subvenciones-en-Aid, KAKENHI (Nos. 23240044 y 25103012). Los proveedores de fondos no tiene función alguna en el diseño del estudio, la recogida de datos y análisis, decisión a publicar
Conflicto de intereses:. Masa Tsuchiya es un miembro del Consejo Editorial PLoS ONE. Esto no altera la adhesión de los autores a PLoS ONE políticas y criterios editoriales.
Introducción
Uno de los retos fundamentales en ciencias de la vida es dar a conocer el mecanismo básico que subyace en cómo el genoma regula la la actividad de decenas de miles de genes de una manera autónoma. El notable éxito reciente con células iPS por la expresión ectópica de factores de transcripción [1] ha abierto la puerta no sólo a la posible manipulación del destino celular a cualquier estado celular a través de la reprogramación del genoma somático, sino también para comprender el mecanismo genético de desarrollo y enfermedad in vitro. El genoma eucariota (epigenoma) define un estado celular determinando dinámicamente qué genes se activan o detenidos; el proceso celular organiza la estructura molecular excesivamente complejo en moléculas de ADN gigantes con la cooperación de las proteínas nucleares acompañada de modificaciones epigenéticas dinámicos [2]. Sin embargo, nuestra actual comprensión de las cuestiones fundamentales, como por ejemplo, ¿cómo puede el genoma, que es un sistema molecular altamente compleja, auto-regular la actividad genética en todo el genoma y lo que es el principio rector por el cual el genoma impulsa la diferenciación celular y reprogramación, sigue siendo en su infancia
.
en lo que respecta al control de la regulación génica, se ha informado de que varios cientos o miles de genes en un cultivo de células de levadura son regulados hasta dentro de unos pocos minutos en un rápido y de todo el genoma respuesta transcripcional [3], [4]; en las células madre embrionarias de mamíferos, algunos de los factores de transcripción clave (Oct4, Sox2, y Nanog) coordinan la expresión de miles de genes con las modificaciones epigenéticas acompañados de moléculas epigenéticos tales como reguladores de la cromatina [5].
Cuando escudriñamos la dinámica de las reacciones bioquímicas asociadas con la expresión de genes, la expresión de cada gen en una población de células (por ejemplo, células MCF-7 de cáncer humano en este informe) lleva ruido estocástico derivada de intra (intrínseca) y inter-celular (extrínseca) procesos [6] - [12]. Este estocasticidad tiene efectos constructivos (correlacionados) y destructivas (no correlacionados) en los procesos biológicos, incluyendo la regulación de la expresión génica. Existen dos subyacente dificultades para entender la robusta control on /off de la expresión génica en una célula: el ruido en la expresión estocástico y el ruido debido a la heterogeneidad de tipos de células (variabilidad de célula a célula) en la población
la presencia de ruido estocástico (debido al efecto intrínseco de un bajo número de copias de ARNm de un gen por célula) sugiere provocar inestabilidad en la abundancia de producto genético si el sistema se basa únicamente en un muy gran número de tecla de bloqueo específica interacciones (es decir, si no incluimos el entorno molecular) [13]. Además del efecto ruidoso bajo número de copias, puede que no haya suficiente número estadístico de las moléculas dentro del pequeño espacio del núcleo celular: la ruptura del teorema central del límite en equilibrio de unión entre las moléculas de llave y cerradura [14] pueden aumentar la estocástica (destructiva) efecto debido a la colisión aleatoria entre los reactivos (por ejemplo, la ARN polimerasa y el ADN) en la dinámica de la expresión génica. Estos efectos intrínsecos deben provocar la ruptura de la conducta colectiva del conjunto de la expresión génica.
El efecto extrínseca de la interacción célula a célula podrían generar heterogeneidad no genético (célula a célula variabilidad generada por el mismo conjunto de los genes) [15], [16]. Diferentes procesos en diferentes tipos de células en la población pueden causar una mayor inestabilidad en el robusto control de la expresión de un gran número de genes en la célula. Por el contrario, otro informe sugiere que la variabilidad de célula a célula es en gran parte el resultado de los procesos de regulación deterministas, en lugar de estocasticidad a nivel de una sola célula [17]. Un estudio teórico reciente mostró que el ruido extrínseca juega un papel importante en la heterogeneidad dentro de una población de células a través de conmutación de fenotipo en la regulación de la expresión de genes [12]. Se necesitan más investigaciones para dilucidar la causa esencial de la heterogeneidad en una población celular.
Hasta hace poco, el mecanismo más ampliamente aceptado para la auto-regulación de la expresión génica ha sido una red genética compuesta por un gran número de las interacciones específicas, es decir, las interacciones moleculares complejas llave en la cerradura; la expresión génica es un proceso dinámico de desenvolver el ADN de las moléculas de histonas y la exposición de una región específica de DNA de doble cadena para producir ARNm a partir de información de la secuencia de ADN para un gen determinado para llevar a cabo un proceso celular específico. El sistema celular asombrosamente compleja que surge de las interacciones moleculares del pestillo de seguridad dinámicas con entornos intrínsecos y extrínsecos estocásticos plantea una cuestión fundamental, a pesar del carácter estocástico subyacente y entorno heterogéneo: ¿Cómo puede una célula con un núcleo pequeño, compacto proporcionar un control robusto del coordinada -genoma amplia expresión de genes [13]?
para hacer frente a esta cuestión fundamental, es posible que desee prestar atención al "ruido" de la expresión génica en los datos de todo el genoma a través de la evaluación cuantitativa de la fluctuación estocástica para arrojar luz en el mecanismo oculto del genoma en toda la auto-regulación global. Investigamos toda la actividad transcriptoma teniendo en cuenta todo el conjunto de genes, es decir, la expresión de todos los genes obtenidos de los datos de microarrays, y se clasifican toda expresión de ARNm (por lo general del orden de decenas de miles) de acuerdo con el grado del cambio en la expresión temporal a partir de una línea de base, y los grupos formados de la expresión del ARNm (ver Métodos). A través de esta agrupación de la expresión génica en diferentes procesos biológicos, hemos descubierto correlaciones no lineales emergentes (por ejemplo, Figura 1) [18] - [20], es decir, las correlaciones no lineales globales entre conjunto (grupo) es de de los cambios temporales en la expresión y la expresión de ARNm con un aumento de
n gratis (ver detalles en S1 archivo). Estas correlaciones globales indican la presencia de un promedio (media de campo) el comportamiento de la actividad genética grande y estocástico como el comportamiento colectivo oculta escala del genoma. Es bien sabido que la existencia de un comportamiento de campo medio sugiere la presencia de un principio que rige en física de muchos cuerpos (por ejemplo, molecular) sistemas; por lo tanto, los comportamientos de campo medio genéticos sugieren la existencia de principios subyacentes que están «percibidas 'por el genoma en su conjunto, con la consiguiente aparición de modos colectivos que abarcan la actividad coordinada de miles de genes [Tsuchiya M, Hashimoto M, Tomita M, Yoshikawa K, Giuliani A, "Modos de expresión en todo el genoma colectivas: Las principales funciones de los genes de baja varianza"., sin publicar]
La transición de expresión dispersos (primera fila;
N
= 22035) a la correlación dependiente del tiempo (segunda fila) se muestra como el comportamiento colectivo de los grupos conjuntos: DEAB de a) la expresión (simbólicamente representado por
ln gratis (
ε gratis (
t
)); se llama simplemente "la expresión ') y B) el cambio de expresión (
ln gratis (
ε gratis (
t
i
) /
ε gratis (
t
i
-1))). La imagen muestra las respuestas genómicas bifásicos (estadísticas bifásicos) a HRG y EGF; parcelas de ARNm único (
n
= 1; primera fila) y un grupo de genes (
n
= 200; segunda fila) para A) la expresión a
t
= 10 min (punto negro), 15 min (azul) y 20 min (rojo), y B) el cambio de la expresión
t
i
-1 = 10 min a
t
i
= 15 min (ciclo azul) y de
t
i
-1 = 15 min a
t
i =
20 min (rojo), refleja OFF-ON de conmutación de abajo a arriba-regulación). Corchetes
x, Hotel & lt;
x Hotel & gt ;, reflejan la media aritmética simple de
x
en un grupo (
n
= 200).
la imagen que surge de la regulación de la expresión de genes puede ser explicado en términos de un sistema dinámico altamente integrado en un espacio multidimensional fase abarcado por los niveles de expresión de todo el conjunto de genes. En particular, incluso especies de ARNm con intensidades de señal muy bajas permiten la reconstrucción global de la dinámica de la población celular, como en el caso de la diferenciación de células madre hematopoyéticas [21], que es coherente con la imagen que surge de un análisis de todo el transcriptoma, que fuertemente sugiere la presencia de un conjunto de restricciones que permiten que el genoma para actuar como un sistema altamente coherente /cooperativa ( "campo genoma '[22]). Un perfil similar que se asemeja a la correlación no lineal emergente acompañado de fluctuación puede ocurrir por la distribución de la expresión de un solo gen de las células en cultivo cuando el ruido intrínseco (sin correlación) se convierte en baja [6].
En este informe, analizado la dinámica de todo el genoma de expresión (22035 sondas y 18 puntos de tiempo; Métodos) que acompañaron MCF-7 (cáncer de mama humano) la proliferación celular y la diferenciación a través de la activación de receptor ErbB por el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y heregulina (HRG), respectivamente . HRG induce la diferenciación de células por el mantenimiento de la actividad de la quinasa regulada por señal extracelular (ERK) para producir un factor de transcripción fosforilado significativa, la activación de c-Fos, mientras que EGF estimula la proliferación celular mediante la inducción de la actividad de ERK transitoria con insignificante c-Fos inducción [23]. Una respuesta de señalización bifásica con respecto a la dinámica de la señalización del receptor Erb con diferencias en el nivel de c-Fos fue aclarada [23] - [25]
Para saber si hay respuestas genómicas distintas en materia de señalización de la respuesta bifásica. , se realizó un análisis exhaustivo de toda la genómica respuesta tanto para HRG y EGF activación del ligando sobre el receptor ErbB de las células MCF-7 de cáncer de mama mediante la agrupación de los genes sobre la base de los cambios dependientes del tiempo en la expresión. Para dilucidar la forma global de respuestas genéticas surgen y aún más para descifrar lo que es un principio fundamental para la auto-control dinámico de la expresión de genes en todo el genoma, nos centramos en las respuestas genéticas globales en función del tiempo para los primeros 30 minutos después de la activación del ligando, lo que muestra la bifásica respuestas genómicas (estadísticas) bifásicos a EGF y HRG.
en las siguientes secciones, se demuestra que el escenario esencial de auto-organizadas de expresión dinámica a través de la bifurcación del conjunto de la expresión coherente revela cómo la expresión de todo el genoma se coordina de manera diferente (todo o nada) en la proliferación celular (EGF) y la diferenciación (HRG). Lo más importante, nos dirigimos a la presencia de la criticidad como ruta para la transición genómica y su cambio dinámico (criticidad dinámico) en los comportamientos colectivos de la expresión del ARNm, que nos dan una idea de la reflexión para entender cómo una célula de la población puede llevar a cabo el robusto dinámico el control de la expresión génica coordinada en todo el genoma por un corto tiempo, incluso dentro del espacio nuclear pequeña, compacta. Finalmente, se discute un origen biofísico potencial de criticidad de la transición conformacional del ADN genómico que controla la actividad transcripcional a través de una transición estructural [26], [27].
Resultados
Global Led respuesta genética por el Grupo de dinámica de los genes: dinámico Emergente Un promedio de comportamientos (DEABs)
Se investigó la actividad transcriptoma todo en MCF-7 células del cáncer estimulados por HRG-beta y EGF a los 18 puntos de tiempo (
t =
0, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 [min], 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24, 36, 48,
t
T = 72
[h]), y considerado como la expresión de todas las sondas (
N
= 22035; expresión génica Omnibus base de datos de ID: GSE13009; ver Métodos) asignados a cada gen o marco de lectura abierta (ORF) en los datos de microarrays; que llamamos tales sondas 'expresión de ARNm, que incluye la expresión de genes, así como la expresión de variantes de ARNm. Dos ligandos, EGF y HRG, activan los receptores de la familia erbB de producir destinos celulares distintas (la diferenciación celular y la proliferación celular, respectivamente) provocando diferentes duraciones de señal que conduce a la producción bifásica-ligando específico de las proteínas c-fos después de 20 min. EGF provoca la activación de ERK transitoria, mientras que HRG induce la activación de ERK sostenido, haciendo que todo o nada (es decir, todo por HRG y ninguna para EGF) respuestas del factor de transcripción c-Fos fosforilada [23], [25].
para aclarar si estos dos ligandos pueden inducir actividades genómicas distintas mediante una mejor comprensión de la dinámica de expresión del transcriptoma, agrupamos la expresión del ARNm de acuerdo con la desviación estándar de la fluctuación dependiente del tiempo en la expresión (
de la raíz cuadrada de fluctuación
significa:
rmsf
) para todas las sondas y sin ningún tipo de filtrado de los datos originales (ver Métodos). A medida que el tamaño del grupo (
n
= 1, 100, 200, 300) aumenta, una correlación no lineal surgió de puntos dispersos en el tiempo
t
, donde la fluctuación de los grupos de estas correlaciones asintóticas reducido como el tamaño de la agrupación
n
ha aumentado [19]. emergente promedio dinámico comportamientos (colectivos) (DEABs) se observaron en el perfil de
rmsf
contra el logaritmo de la expresión del ARNm, & lt;
rmsf Hotel & gt; frente a & lt;
ln gratis (
ε gratis (
t
i
)) & gt; (Figura 1A) o
rmsf
contra el cambio temporal en el logaritmo de la expresión del ARNm, & lt;
rmsf Hotel & gt; frente a & lt;
ln gratis (
ε gratis (
t
i
) /
ε gratis (
t
i
-1)) & gt; (Figura 1B), donde los soportes, & lt; & Gt ;, denotar la media de conjunto /grupo, y
ε gratis (
t
i
) refleja la expresión del ARNm en el momento
t
i gratis (
i = 0,1
,., 17). En adelante, nos referiremos al logaritmo de la expresión del ARNm y el cambio temporal en el logaritmo de la expresión del ARNm como
la expresión
y
el cambio de expresión
, respectivamente.
DEAB de la expresión
en el momento
t gratis (Figura 1A) reveló una correlación lineal entre grupos basados en valores medios de expresión y
rmsf
en un punto de tiempo fijo. Cuando comparamos DEAB de la expresión entre los diferentes puntos de tiempo, el movimiento coordinado del conjunto de la expresión de ARNm emerge de acuerdo con el grado (es decir, la desviación estándar) de la fluctuación temporal de la expresión de ARNm (es decir,
rmsf
). En la Figura 1A, DEABs de la expresión en tres puntos de tiempo (10, 15, y 20 min) muestran una clara diferencia entre EGF y HRG: para la inducción de EGF, se superponen, sin cambio aparente, mientras que para la inducción de HRG, en algunos grupos (& lt;
rmsf Hotel & gt; & gt; 0,42) pendientes distintas se observaron en tres puntos temporales, y se observó un cambio especialmente agudo de ser negativa a una pendiente positiva entre 15 min y 20 min, mientras que no hubo cambios en los otros grupos (& lt;
rmsf
& gt; & lt; 0,42). Así, en DEAB de la expresión, parece que hay conjuntos dinámicos y estáticos de la expresión de ARNm; una definición más rigurosa de los conjuntos de expresión se da en la siguiente sección.
Por otro lado,
DEAB del cambio de expresión
muestra un marcado cambio con el tiempo entre los diferentes puntos de tiempo (Figura 1B) , lo que indica cuáles son los grupos arriba o hacia abajo reguladas de manera coordinada. Como se muestra en la Figura 1B, una respuesta de todo o nada también se ve en la regulación de la expresión de ARNm; en la respuesta de EGF, DEABs son casi equilibrada (es decir, casi a cero el cambio medio en la expresión), mientras que en la respuesta de HRG, por & lt;
rmsf
& gt; & Gt; 0,42, el DEAB correspondiente presentará un cambio notable de la regulación a la baja (10-15 min) para la regulación (15-20 min). Por el contrario, para el DEAB & lt;
rmsf Hotel & gt; & Lt; 0,42 cambió de casi equilibrada o la regulación a la baja regulación. Por lo tanto, en la respuesta de HRG, los cambios dinámicos en DEABs tanto de la expresión (Figura 1A) y el cambio de expresión (Figura 1B) fueron consistentes para & lt;
rmsf
& gt; & Gt; 0,42, mientras que los cambios en direcciones opuestas fueron vistos por & lt;
rmsf Hotel & gt; & Lt; 0,42. Estos cambios temporales en DEAB de la expresión y el cambio de expresión se tratarán como dinámica de la expresión coherentes autónomas.
A continuación, se investigó la distribución de frecuencias de la expresión del ARNm de acuerdo con DEAB para entender los fenómenos biofísicos que subyacen genes dinámica de la expresión . Los perfiles que incluyen miles de ARNm pueden proporcionar información sobre las leyes biofísicas que son la base de ARNm dinámica de la expresión, tales como la distribución de Gauss para la dinámica browniano y el comportamiento de ley de potencia para la interacción libre de escala. Por otra parte, los cambios en los perfiles, por ejemplo, un cambio de unimodal a bimodal, podrían revelar algunos fenómenos críticos [28] - [30].
En la Figura 2, los histogramas de frecuencia de expresión (15-20 min) el cambio de un unimodal (
rmsf Hotel & gt; 0,42) para la distribución bimodal (
rmsf Hotel & lt; 0,42), tanto para los grupos conjunto EGF y HRG. Curiosamente, en la respuesta de HRG, las distribuciones de frecuencia de
rmsf
& gt; 0,42 entre 15 min y 20 min no se superponen; el perfil se deforma con un cambio en el pico de
ln gratis (
ε gratis (15 min)) = 1,8 a
ln gratis (
ε gratis ( 20 min)) = 2, que se denomina
unimodal cambio
. De lo contrario, la distribución de frecuencias de 15 min y 20 min casi se solapan entre sí.
Los perfiles de la distribución de frecuencias de la expresión (
ln gratis (
ε gratis (
t
))) a partir de 15 min a 20 min del cambio unimodal a bimodal para a) la expresión de alto varianza (media de la raíz cuadrada de fluctuación,
rmsf Hotel & gt; 0,42) y B) de baja varianza expresión (
rmsf Hotel & lt; 0,42). Primera fila: la respuesta HRG para
rmsf Hotel & gt; 0.42 muestra un pico de desplazamiento de los perfiles unimodales de
t = 15 min
(histograma azul) a
t = 20
min (rojo) con un cambio en el menor a mayor valor de la expresión, mientras que las distribuciones de frecuencia de dos términos entre 15 min (línea azul poligonal) y 20 min (histograma roja) casi a la perfección se solapan entre sí para
rmsf Hotel & lt ; 0,42. Segunda fila: la respuesta EGF muestra la superposición casi perfecta de los resultados obtenidos para ambas unimodal (
rmsf Hotel & gt; 0,42) y bimodal (
rmsf Hotel & lt; 0,42) distribuciones, lo que sugiere que no hay respuesta promediado temporal, de acuerdo con DEAB de la expresión para la respuesta de EGF (Figura 1A). Para todos los histogramas en este informe, el tamaño del cajón se establece en 0,05.
DEABs mostraron correlaciones dinámicas de todo el genoma, tanto para la expresión y el cambio de expresión. Los resultados de todo el análisis del transcriptoma sugieren la presencia de un conjunto de restricciones que permiten que el genoma para actuar como un sistema coherente /coordinado. Ahora vamos a considerar la importancia biofísica del movimiento dinámico de DEABs de la expresión que se acompaña de un cambio de un unimodal a una distribución bimodal de frecuencia
Bifurcación de los Estados expresión coherente en DEAB de la expresión. Expresión Característico revelados los dominios
para entender cómo emerge una respuesta global y luego para dilucidar su principio fundamental, tenemos que entender cómo la expresión génica es auto-organizada en un genoma de gran escala. Se utilizó un análisis de la densidad de visualizar la dinámica de la altura o baja regulación entre los diferentes puntos de tiempo. Un análisis de la densidad de la agrupación de los perfiles de expresión génica ruidosos se ha demostrado que ser robusto [31]. Se aplicó un kernel de Gauss como un análisis de la densidad en el espacio generado por la expresión en comparación con el cambio en la expresión ( "espacio normativo '). Ya que se observó la respuesta más dramática entre 15 min y 20 min, en esta sección nos centramos en el análisis de la dinámica de la expresión del ARNm en DEABs de la expresión a partir de 15 a 20 min.
Dado un valor de expresión en el tiempo
t gratis (
t
= 15 min o 20 min), el espacio regulador muestra si la expresión del ARNm en el momento
t
es hasta reguladas, las reguladas, o equilibrada durante este periodo. Curiosamente, si se valora la función de densidad de probabilidad (FDP) para el espacio de la regulación y tomamos la densidad de probabilidad en el eje z, el pseudo-3-dimensional-gráfico muestra las funciones colina como para revelar el paisaje densidad ( "paisaje genético" ) de la dinámica de expresión (Figura 3). En la respuesta HRG, hay dos funciones colina como en cada momento; Si superponemos los paisajes genéticas entre 15 min y 20 min, vemos tres funciones independientes de la colina-como para
rmsf Hotel & gt; 0,42 (
n = 3269
ARNm): dos distintos colina-como funciones para cada punto de tiempo y que resulta de la superposición de dos funciones temporalmente (casi) invariante hill-similares. Por el contrario, en la respuesta de EGF (
rmsf Hotel & gt; 0,42;
n
= 1,482), una única función colina-como no muestra un cambio temporal aparente. Por lo tanto, las expresiones de ARNm de arriba-abajo o regulado forman colinas arriba-abajo o regulado en el paisaje y sus cambios dinámicos reflejan el comportamiento coherente expresión de miles de ARNm; una función similar a la colina en el paisaje genético se considera que es un estado coherente expresión (CES). A fin de confirmar la existencia de la CES, analizamos la dinámica de movimiento de DEC (la siguiente sección)
Las parcelas de la expresión del ARNm única para
rmsf Hotel & gt; 0,42 (punto azul:. 15 min y punto rojo: 20 min) se superponen en el panel de la izquierda (primera fila: 3269 expresiones para HRG; segunda fila: 1482 para EGF). En el panel de la derecha, la función de densidad de probabilidad (FDP) se utiliza un kernel de Gauss por Mathematica 9 (ajuste predeterminado) para cada punto (panel izquierdo) revela las utilidades de la colina-como en pseudo-3 dimensiones espaciales (paisaje genético; eje z: densidad de probabilidad). La superposición de los paisajes genéticas entre los
t
i-
1 = 15 min y
t
i
= 20 min - primera fila: la respuesta HRG tiene tres DEC ; dos DEC independiente más uno CES que resulta de la superposición de DEC entre 15 min (color más oscuro) y 20 min (color más claro) alrededor de un cambio en la expresión cero en el eje y; segunda fila: la respuesta EGF tiene un solo CES como la superposición de dos DEC en torno a un cambio en la expresión de cero. La leyenda muestra (más oscuro) barra de color más claro a los 20 minutos (a 15 min) para obtener el PDF.
Hemos investigado la formación de un CES en DEAB de la expresión en términos del cambio incremental en una segmento con un cierto rango de
rmsf gratis (
v Hotel & lt;
rmsf Hotel & lt;
v
+
r
), donde el rango de
r
se establece en 0,4 para que incluya la expresión de miles de ARNm, y
v
es una variable de
rmsf
. En la Figura 4, los tres segmentos de
rmsf Opiniones de la respuesta HRG describen la aparición de la bifurcación del CES durante el periodo de 15-20 minutos, cuando un nuevo CES bifurcados en el segmento de alrededor de 0,21 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,61. Una aparición similar de bifurcación de la CES en el segmento de alrededor de 0,16 & lt;
rmsf
& lt; 0,56 se observó en la respuesta EGF (datos no mostrados). diagramas de bifurcación de DEC en función de
v
contra la expresión de ARNm (
diagrama de bifurcación en la expresión
) o el cambio en la expresión (
diagrama de bifurcación en el cambio de expresión
) se obtuvieron mediante el trazado de las posiciones de las colinas de DEC (Figura 5). DEC son funciones del nivel de expresión y actividad de la expresión. Tenga en cuenta que la posición de una colina puede depender de la elección de la densidad del núcleo, pero la propiedad de bifurcación no cambia en DEAB.
El inicio de la bifurcación de un nuevo CES como el crecimiento de una función similar a la colina se muestra. En la primera fila, el perfil de la distribución de frecuencias de expresión cambia de unimodal (0,26 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,66; izquierda) para bimodal (0,17 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,57; derecha) a través de un perfil aplanado unimodal (0,22 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,62; centro). El paisaje genético (segunda fila) durante 15-20 min para cada región del
rmsf
ilustra que el inicio de la bifurcación de la CES se transforma de un unimodal al perfil bimodal; la flecha roja (segunda fila) apunta a la formación de la CES y las flechas azules puntos a la formación de un valle, lo que da lugar a un estado de baja expresión (LES). Los picos de la distribución de frecuencias bimodal coinciden con la mayor densidad de DEC en torno a
ln gratis (
ε
)
=
1.7 y 2.2 (líneas de trazo negro).
las bifurcaciones de DEC en DEAB de la expresión durante 15-20 min se examinan con un cambio incremental en un segmento,
v Hotel & lt;
rmsf Hotel & lt;
v
+
r, España como una extensión de la figura 4, donde el rango de
r
se establece en 0,4 y
v
es una variable de
rmsf
. Los diagramas de bifurcación de la expresión (
v
en contra de la expresión; primera fila) a
t =
20 minutos, y el cambio de expresión (
v
contra el cambio en el expresión durante 15-20 min; segunda fila) se representan por HRG (panel izquierdo) y EGF (derecha). El diagrama de bifurcación de la expresión define el nivel de expresión a
ln gratis (
ε
) = 2.075 (inferior: de baja y alta: alta expresión) debido a la existencia de un valle, el cual separa la baja y alta DEC (Figura 6), mientras que el diagrama de bifurcación de la expresión cambio muestra tres niveles de actividad de CES: ON (cambio positivo en la expresión), EQ (cerca de cero) y OFF (cambio negativo en la expresión). Los diagramas de bifurcación muestran claramente distintos dominios característicos de expresión entre HRG y EGF: estática, tránsito y dominios dinámicos para
rmsf Hotel & lt; 0,21; 0,21 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,42, y 0,42 & lt;
rmsf Opiniones de HRG, y los dominios estáticos y tránsito para
rmsf Hotel & lt; 0,16 y 0,16 & lt;
rmsf Opiniones de EGF (ver detalles en el texto principal).
Con respecto al nivel de expresión, la existencia de un valle en el paisaje entre dos colinas de CES separa la expresión niveles en alta y baja a
ln gratis (
ε
) = 2.075 para ambas HRG y EGF (Figuras 5 y 6). Por otra parte, una bifurcación en el espacio regulador reveló que el CES posee tres actividades de expresión entre 15 min y 20 min: hasta reguladas, las reguladas y equilibrada. Las regulaciones abajo-arriba y pueden ser considerados como los niveles de actividad de ON y OFF en comparación con la regulación equilibrada (EQ), donde las tasas de producción de ARNm y la descomposición son casi equilibrado. Curiosamente, en la respuesta genómica EGF, todos son el proceso en el nivel de EQ (Figura 5)
Cada fila (A: HRG y B: EGF). Corresponde a las distribuciones de frecuencia de la expresión de ARNm (primero) y paisajes genéticos (segunda: vista lateral). En el paisaje genético, un dominio estático con un valle se caracteriza por dos DEC: A) HES1 (EQ) y LES1 (OFF) para
rmsf
& lt; 0,21; y B) HES (EQ) y LES (EQ) para
rmsf
& lt; 0,16, un dominio de tránsito se caracteriza por A) HES1 (EQ) para 0,21 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,42; y B) HES (EQ) para
rmsf Hotel & gt; 0,16, y un dominio dinámico se caracteriza por tres DEC: A) les2 (ON), HES2 (ON) y HES1 (EQ) para
rmsf Hotel & gt; 0,42, que es el resultado de la superposición de los paisajes genéticas entre 15 min y 20 min (panel de la derecha en la segunda fila); un cambio de estado se produce a partir de les2 (ON) en 15 min a HES2 (ON) en 20 min, de acuerdo con el cambio unimodal de la distribución de frecuencias (A: primera fila). La flecha roja al valle para separar la baja y alta DEC. El nivel de actividad de un estado coherente expresión (ON, EQ y OFF) se refiere a la figura 5.
Lo más importante, los diagramas de bifurcación (Figura 5) durante el período de 15-20 min muestran claramente las diferencias entre las respuestas genómicas HRG y EGF; los tres dominios característicos de la respuesta HRG se pueden categorizar como i)
estática de dominio gratis (
n
= 9059):
rmsf Hotel & lt; 0,21 con dos estados de alta expresión (HES1 (EQ) y HES2 (ON), ii)
dominio de tránsito gratis (
n
= 9707): 0,21 & lt;
rmsf Hotel & lt; 0,42 con un estado de alta expresión (HES1 (EQ)), y iii)
dinámica de dominio gratis (
n
= 3269):
rmsf Hotel & lt; 0,42 con los estados de alta y baja expresión (HES1 (EQ) y LES1 (OFF)). Por el contrario, la respuesta EG no muestra un dominio dinámico y sólo dos dominios están presentes: i)
estática de dominio gratis (
n
= 7091):
rmsf Hotel & lt; 0,16 con HES (EQ) y LES (EQ), y ii)
dominio de tránsito gratis (
n
= 14944): 0.16 Se convierte la