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Caractère aléatoire dans l'expression du gène à mener aux différences dans les gens qui sont génétiquement identiques

Les expériences par des chercheurs (HHMI) de Howard Hughes Medical Institute l'ont indiquée pourraient être possibles au caractère aléatoire dans l'expression du gène pour mener aux différences en cellules - ou les gens, d'ailleurs - qui sont génétiquement identiques.

Les chercheurs, chercheur Erin K.O'Shea de HHMI et collègue Jonathan M. Raser, les deux à l'Université de Californie, San Francisco, publié leurs découvertes le 27 mai 2004, en la Science exprès, l'édition en ligne de la Science de tourillon.

Selon O'Shea, la notion originelle que le bruit fait au hasard dans l'expression du gène - les procédés par lesquels des protéines sont synthétisées de l'information a contenu dans l'ADN - a résultée d'un paradoxe. « Tandis que les procédés tels que l'expression du gène impliquée dans le développement des organismes effectuent d'une mode très ordonnée, paradoxalement, ils dépendent des réactions chimiques qui sont par nature probabilistes, comme renverser une monnaie d'appoint, » a dit O'Shea. « Et puisque ces procédés concernent un nombre restreint de molécules, elles devraient être sensiblement affectées par hasard, juste comme renverser une monnaie d'appoint que plusieurs fois plus fortement seront affectés que la renversant beaucoup de fois. »

Des expériences plus tôt par Michael Elowitz, qui est maintenant à l'Institut de Technologie de la Californie, et ses collègues à l'université de Rockefeller ont expliqué que ce type de bruit fait au hasard a existé dans la bactérie courante Escherichia coli. Dans des expériences postérieures, Raser et O'Shea se sont mis à explorer le bruit fait au hasard fondamental de mécanisme dans l'expression du gène dans un organisme plus élevé - choix de l'animal le plus primitif, levure.

Raser et O'Shea ont employé une technique d'indicateur développée par Elowitz pour trouver le bruit dans l'expression du gène. Ils ont conçu des cellules de levure pour produire les protéines fluorescentes bleues et jaunes d'indicateur sous le contrôle du même « promoteur » - le segment du gène réglant son expression. Dans ce plan, s'il n'y avait aucun bruit, chaque cellule apparaîtrait le même mélange de couleur bleue et jaune sous le microscope.

Cependant, si n'importe quel bruit s'introduisait, il produirait une variation des couleurs parmi les cellules. Cette variation de couleur pourrait alors être mesurée pour déterminer la quantité de bruit qui était présent. Cette méthode a éliminé n'importe quelle influence des facteurs environnementaux externes ou les variables telles que des différences en cellule tapent, puisque les deux gènes faisaient fonctionner l'intérieur la même cellule.

Après utilisation de cette technique pour étudier le fonctionnement des promoteurs variés, les scientifiques ont conclu que le bruit, en effet, a affecté l'expression du gène dans les cellules de levure. Ils ont également constaté que les différents promoteurs ont produit différentes quantités de bruit.

Basé sur leurs études, Raser et O'Shea croient qu'ils ont recensé la source de partie importante du bruit fait au hasard qu'ils ont observé. « Nos expériences proposent que pour les promoteurs que nous avons étudiés, une source importante de bruit est l'acte de préparer le promoteur ADN, la région de réglementation, pour être compétent pour la transcription, » a dit O'Shea. Cette préparation, il a dit, concerne « transformer » la structure protectrice, appelée le nucleosome, qui étreint la région de réglementation du gène de sorte que les machines de transcription puissent l'atteindre. « Et l'opération qui produit du bruit est cet acte d'enlever les nucleosomes, afin de permettre l'accès des machines de transcription et des protéines de réglementation, » il a dit.

La retouche est particulièrement lente, O'Shea a dit, et sujet à la variation probabiliste significative. Cette variation aurait vraisemblablement un affect sur la quantité d'ARNm produite pour chaque gène borne-étiqueté et ainsi le niveau d'une protéine donnée dans la cellule - affectation de sa couleur.

Selon O'Shea, le caractère aléatoire en gène exprès a pu avoir des implications évolutionnaires et biologiques importantes, avantageuses pour des cellules et délétères. Par exemple, les mutations en gènes ont pu changer leur indépendant de « vacarme » de l'effet de la mutation lui-même. Le bruit en gènes essentiels a pu être délétère pour une cellule. Cependant, le bruit pourrait également produire la diversité dans les populations des cellules avec le même renivellement génétique, et cette diversité pourrait les rendre plus capables de s'adapter aux modifications.

On pourrait observer un autre effet de caractère aléatoire dans l'expression du gène, par exemple, en cellules avec deux copies légèrement différentes du même gène, où on pourrait être plus bruyant que l'autre. Un tel bruit pourrait également produire la variabilité parmi les cellules qui pourraient offrir des avantages évolutionnaires.

Le bruit en gènes pourrait également être un déclencheur pour la formation des tumeurs, a dit O'Shea. Dans les cas où les cellules détruisent une copie d'un gène par la mutation, la réduction du numéro de gène augmente le bruit dans l'expression du gène. Cette augmentation de bruit l'effectue plus vraisemblablement que le gène restant pourrait modifier son activité pour déclencher la prolifération excessive.

Le bruit a pu être nécessaire pour le développement normal de quelques systèmes biologiques, a dit O'Shea. Par exemple, quand les neurones olfactifs dans l'embryon se développant « décident » que d'une multitude de récepteurs odorants possibles qu'ils produiront - un choix qui est final - le bruit fait au hasard dans l'expression du gène pourrait être nécessaire pour activer cette décision, il a dit.

O'Shea a dit que son groupe planification pour continuer cette ligne de recherche et d'espoirs de recenser dans quels cas un tel caractère aléatoire est avantageux à un organisme. Puis, ils modifieront le niveau du bruit et détermineront comment il affecte la forme physique de l'organisme. Ils veulent également suivre la production de bruit dans une cellule au fil du temps - plutôt que dans les populations des cellules - pour les explorer plus en détail comment le bruit est produit.