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Princeton University

University of Wisconsin-Madison

University of Wisconsin School of Medicine and Public Health

&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x5FC5;&#x987B;&#x5177;&#x4F53;&#x56DE;&#x5E94;&#x4E0D;&#x540C;&#x73AF;&#x5883;&#x7684;&#x523A;&#x6FC0;&#xFF0C;&#x624D;&#x80FD;&#x751F;&#x5B58;&#x3002;&#x53C2;&#x4E0E;&#x5F80;&#x5F80;&#x9065;&#x611F;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x523A;&#x6FC0;&#x7684;&#x4FE1;&#x53F7;&#x8F6C;&#x5BFC;&#x9014;&#x5F84;&#x5171;&#x4EAB;&#x76F8;&#x540C;&#x6216;&#x540C;&#x79CD;&#x5F02;&#x4F53;&#x86CB;&#x767D;&#x3002;&#x5C3D;&#x7BA1;&#x6F5C;&#x5728;&#x7684;&#x8DE8;&#x63A5;&#x7EBF;&#xFF0C;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x663E;&#x793A;&#x53CD;&#x5E94;&#x7684;&#x7279;&#x5F02;&#x6027;&#x3002;&#x901A;&#x8FC7;&#x5EFA;&#x6A21;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x663E;&#x793A;&#x66B4;&#x9732;&#x4E8E;&#x540C;&#x65F6;&#x548C;&#x6682;&#x65F6;&#x6709;&#x5E8F;&#x6295;&#x5165;&#x8FD9;&#x79CD;&#x9014;&#x5F84;&#x7684;&#x751F;&#x7406;&#x53CD;&#x5E94;&#x53EF;&#x4EE5;&#x8BC1;&#x660E;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x4E00;&#x7EA7;&#x7684;&#x673A;&#x5236;&#xFF0C;&#x901A;&#x8FC7;&#x8FD9;&#x9014;&#x5F84;&#x83B7;&#x5F97;&#x7279;&#x5F02;&#x6027;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5C06;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x6210;&#x679C;&#x5E94;&#x7528;&#x4E8E;&#x9175;&#x6BCD;&#x917F;&#x9152;&#x9175;&#x6BCD;&#x7684;&#x9AD8;&#x6E17;&#x6027;&#x548C;&#x4FE1;&#x606F;&#x7D20;&#x4E1D;&#x88C2;&#x7D20;&#x6D3B;&#x5316;&#x86CB;&#x767D; (&#x56FE;) &#x6FC0;&#x9176;&#x9014;&#x5F84;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x4E24;&#x4E2A;&#x9014;&#x5F84;&#x5177;&#x4F53;&#x611F;&#x89C9;&#x6E17;&#x548C;&#x4FE1;&#x606F;&#x7D20;&#x7684;&#x4FE1;&#x53F7;&#xFF0C;&#x5C3D;&#x7BA1;&#x5206;&#x4EAB; MAPKKK&#xFF0C;Ste11&#xFF0C;&#x548C;&#x5177;&#x6709;&#x540C;&#x6E90; MAPKs &#xFF08;Fus3 &#x548C; Hog1&#xFF09;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x8868;&#x660E;&#x5355;&#x4E2A;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#xFF0C;&#x5728;&#x901A;&#x8DEF;&#x53CC;&#x7A33;&#x6295;&#x5165;&#xFF0C;&#x8303;&#x56F4;&#x5185;&#xFF0C;&#x54CD;&#x5E94;&#x53EA;&#x6709;&#x4E00;&#x4E2A;&#x523A;&#x6FC0;&#x751A;&#x81F3;&#x5F53;&#x66B4;&#x9732;&#x5728;&#x4E24;&#x4E2A;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x7684;&#x7814;&#x7A76;&#x7ED3;&#x679C;&#x6697;&#x793A;&#xFF0C;&#x901A;&#x8FC7;&#x7B5B;&#x9009;&#x51FA;&#x901A;&#x8FC7;&#x76F8;&#x4E92;&#x6291;&#x5236;&#x6742;&#x6563;&#x76F8;&#x58F0;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x9014;&#x5F84;&#x5B9E;&#x73B0;&#x4E86;&#x7279;&#x5F02;&#x6027;&#x3002;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x4E4B;&#x95F4;&#x7684;&#x53D8;&#x5F02;&#x6027;&#x5141;&#x8BB8;&#x975E;&#x5747;&#x8D28;&#x6027;&#x7684;&#x51B3;&#x5B9A;&#x3002;

&#x76F8;&#x58F0;&#x548C;&#x5730;&#x56FE;&#x6FC0;&#x9176;&#x901A;&#x8DEF;&#x4E2D;&#x7684;&#x51B3;&#x7B56;&#x3002;

Cells must respond specifically to different environmental stimuli in order to survive. The signal transduction pathways involved in sensing these stimuli often share the same or homologous proteins. Despite potential cross-wiring, cells show specificity of response. We show, through modeling, that the physiological response of such pathways exposed to simultaneous and temporally ordered inputs can demonstrate system-level mechanisms by which pathways achieve specificity. We apply these results to the hyperosmolar and pheromone mitogen-activated protein (MAP) kinase pathways in the yeast Saccharomyces cerevisiae. These two pathways specifically sense osmolar and pheromone signals, despite sharing a MAPKKK, Ste11, and having homologous MAPKs (Fus3 and Hog1). We show that in a single cell, the pathways are bistable over a range of inputs, and the cell responds to only one stimulus even when exposed to both. Our results imply that these pathways achieve specificity by filtering out spurious cross-talk through mutual inhibition. The variability between cells allows for heterogeneity of the decisions.

Cross-talk and decision making in MAP kinase pathways.

Les cellules doivent r&#xE9;pondre sp&#xE9;cifiquement &#xE0; diff&#xE9;rents stimuli de l&#x26;#39;environnement afin de survivre. Les voies de transduction de signal impliqu&#xE9;s dans la d&#xE9;tection de ces stimuli partagent souvent les m&#xEA;mes prot&#xE9;ines ou homologue. Malgr&#xE9; un potentiel de cross-c&#xE2;blage, les cellules montrent la sp&#xE9;cificit&#xE9; de la r&#xE9;ponse. Nous montrons, gr&#xE2;ce &#xE0; la mod&#xE9;lisation, que la r&#xE9;ponse physiologique des voies qui ont &#xE9;t&#xE9; expos&#xE9;s &#xE0; des entr&#xE9;es simultan&#xE9;es et temporellement ordonn&#xE9;e peut d&#xE9;montrer au niveau du syst&#xE8;me m&#xE9;canismes par lesquels les voies d&#x26;#39;atteindre une sp&#xE9;cificit&#xE9;. Nous appliquons ces r&#xE9;sultats aux hyperosmolaires et ph&#xE9;romone mitogen-activated voies prot&#xE9;ine kinase (MAP) dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ces deux voies sp&#xE9;cifiquement d&#xE9;tecter des signaux osmolaires et de ph&#xE9;romone, en d&#xE9;pit de partager un MAPKKK, Ste11, et ayant homologues MAPK (Fus3 et Hog1). Nous montrons que dans une seule cellule, les voies sont bistable sur une gamme d&#x26;#39;intrants, et la cellule r&#xE9;pond &#xE0; une seule relance, m&#xEA;me lorsqu&#x26;#39;il est expos&#xE9; &#xE0; la fois. Nos r&#xE9;sultats impliquent que ces voies obtenir une sp&#xE9;cificit&#xE9; en filtrant les faux diaphonie par inhibition mutuelle. La variabilit&#xE9; entre les cellules permet de l&#x26;#39;h&#xE9;t&#xE9;rog&#xE9;n&#xE9;it&#xE9; des d&#xE9;cisions.

Croix-de conversation et de prise de d&#xE9;cision dans kinases MAP

Zellen m&uuml;ssen reagieren, speziell auf verschiedene &ouml;kologische Reize, um zu &uuml;berleben. Die Signal-Transduktion Bahnen beteiligt diese Reize oft Sensorik teilen die gleichen oder homologe Proteine. Trotz m&ouml;glicher Kreuz-Verdrahtung zeigen Zellen Spezifit&auml;t der Reaktion. Wir zeigen durch Modellierung, dass die physiologische Reaktion der solche Wege ausgesetzt simultan und zeitlich geordnete Eing&auml;nge auf Systemebene Mechanismen nachweisen kann, mit denen Wege Spezifit&auml;t erreichen. Wir wenden diese Ergebnisse auf die Hyperosmolar und Pheromon Bahnen f&uuml;r Kinase Mitogen-aktivierte Protein (MAP) in der Hefe Saccharomyces Cerevisiae. Diese zwei Wege Sinn speziell Glukosel&ouml;sung und Pheromon-Signale, trotz teilen eine MAPKKK, Ste11, und Homologe MAPKs (Fus3 und Hog1). Wir zeigen, dass in einer einzelnen Zelle, diese Wege bistabil &uuml;ber einen Bereich der Eing&auml;nge sind und die Zelle auf nur ein Reiz reagiert, auch wenn beide ausgesetzt. Unsere Ergebnisse implizieren, dass diese Pfade Spezifit&auml;t durch Ausfiltern von unechten Nebensprechen durch gegenseitige Hemmung erreichen. Die Variabilit&auml;t zwischen den Zellen erm&ouml;glicht die Heterogenit&auml;t der Entscheidungen.

Nebensprechen und Entscheidungsfindung in der MAP-Kinase-Wege.

Le cellule devono rispondere specificamente a diversi stimoli ambientali per poter sopravvivere. Le vie di trasduzione del segnale coinvolte nella rilevazione di questi stimoli spesso condividono le proteine omologhe o stesse. Nonostante la potenziale cross-cablaggio, cellule mostrano specificit&agrave; di risposta. Ci mostrano, attraverso la modellazione, che la risposta fisiologica di tali percorsi esposti agli ingressi simultanei e temporalmente ordinati pu&ograve; dimostrare i meccanismi a livello di sistema da cui percorsi raggiungere specificit&agrave;. Applichiamo questi risultati per gli iperosmolare e feromone percorsi chinasi mitogene-attivata della proteina (mappa) nel lievito Saccharomyces cerevisiae. Questi due percorsi senso specificamente segnali osmolar e feromone, nonostante la condivisione di una MAPKKK, Ste11 e avendo omologo MAPKs (Fus3 e Hog1). Vi mostriamo in una singola cella, le vie sono bistabili sopra una vasta gamma di ingressi, che la cellula risponde al solo uno stimolo anche quando esposti ad entrambi. I nostri risultati implicano che questi percorsi raggiungono specificit&agrave; filtrando le spurie cross-talk attraverso l&#39;inibizione reciproca. La variabilit&agrave; tra le celle consente la eterogeneit&agrave; delle decisioni.

Cross-talk e il processo decisionale nelle vie di chinasi della mappa.

&#x7D30;&#x80DE;&#x304C;&#x751F;&#x304D;&#x6B8B;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x69D8;&#x3005;&#x306A;&#x74B0;&#x5883;&#x523A;&#x6FC0;&#x306B;&#x7279;&#x7570;&#x7684;&#x306B;&#x5FDC;&#x7B54;&#x3059;&#x308B;&#x5FC5;&#x8981;&#x304C;&#x3042;&#x308A;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x523A;&#x6FC0;&#x3092;&#x611F;&#x77E5;&#x306B;&#x95A2;&#x4E0E;&#x3059;&#x308B;&#x30B7;&#x30B0;&#x30CA;&#x30EB;&#x4F1D;&#x9054;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306F;&#x3001;&#x3057;&#x3070;&#x3057;&#x3070;&#x540C;&#x4E00;&#x307E;&#x305F;&#x306F;&#x76F8;&#x540C;&#x30BF;&#x30F3;&#x30D1;&#x30AF;&#x8CEA;&#x3092;&#x5171;&#x6709;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6F5C;&#x5728;&#x7684;&#x306A;&#x30AF;&#x30ED;&#x30B9;&#x914D;&#x7DDA;&#x306B;&#x3082;&#x304B;&#x304B;&#x308F;&#x3089;&#x305A;&#x3001;&#x7D30;&#x80DE;&#x5FDC;&#x7B54;&#x306E;&#x7279;&#x7570;&#x6027;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3053;&#x306E;&#x3088;&#x3046;&#x306A;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306E;&#x751F;&#x7406;&#x7684;&#x306A;&#x5FDC;&#x7B54;&#x304C;&#x540C;&#x6642;&#x306B;&#x3055;&#x3089;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x3068;&#x4E00;&#x6642;&#x7684;&#x306B;&#x6CE8;&#x6587;&#x3057;&#x305F;&#x3001;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EA;&#x30F3;&#x30B0;&#x3092;&#x901A;&#x3057;&#x3066;&#x3001;&#x8868;&#x793A;&#x200B;&#x200B;&#x5165;&#x529B;&#x306F;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x304C;&#x7279;&#x7570;&#x6027;&#x3092;&#x9054;&#x6210;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x30EC;&#x30D9;&#x30EB;&#x306E;&#x30E1;&#x30AB;&#x30CB;&#x30BA;&#x30E0;&#x3092;&#x5B9F;&#x8A3C;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x3067;&#x304D;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x9175;&#x6BCD;Saccharomyces cerevisiae&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x9AD8;&#x6D78;&#x900F;&#x5727;&#x6027;&#x3068;&#x30D5;&#x30A7;&#x30ED;&#x30E2;&#x30F3;&#x30DE;&#x30A4;&#x30C8;&#x30B8;&#x30A7;&#x30F3;&#x6D3B;&#x6027;&#x5316;&#x30BF;&#x30F3;&#x30D1;&#x30AF;&#x8CEA;&#xFF08;MAP&#xFF09;&#x30AD;&#x30CA;&#x30FC;&#x30BC;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306B;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x3092;&#x9069;&#x7528;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x4E8C;&#x3064;&#x306E;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306F;&#x3001;&#x7279;&#x306B;MAPKKK&#x3001;Ste11&#x3092;&#x5171;&#x6709;&#x3057;&#x3001;&#x76F8;&#x540C;&#x6027;&#x306E;MAPK&#xFF08;Fus3&#x3068;Hog1&#xFF09;&#x3092;&#x6301;&#x3064;&#x306B;&#x3082;&#x304B;&#x304B;&#x308F;&#x3089;&#x305A;&#x3001;&#x6D78;&#x900F;&#x5727;&#x3084;&#x30D5;&#x30A7;&#x30ED;&#x30E2;&#x30F3;&#x306E;&#x4FE1;&#x53F7;&#x3092;&#x611F;&#x77E5;&#x3059;&#x308B;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x5358;&#x4E00;&#x306E;&#x30BB;&#x30EB;&#x5185;&#x3067;&#x3001;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306F;&#x3001;&#x5165;&#x529B;&#x306E;&#x7BC4;&#x56F2;&#x3067;&#x53CC;&#x5B89;&#x5B9A;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3001;&#x7D30;&#x80DE;&#x306E;&#x4E21;&#x65B9;&#x306B;&#x3055;&#x3089;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x5834;&#x5408;&#x3067;&#x3082;&#x3001;&#x552F;&#x4E00;&#x306E;&#x523A;&#x6FC0;&#x306B;&#x5FDC;&#x7B54;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x306F;&#x3001;&#x3053;&#x308C;&#x3089;&#x306E;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x306F;&#x76F8;&#x4E92;&#x306E;&#x963B;&#x5BB3;&#x3092;&#x4ECB;&#x3057;&#x3066;&#x30AF;&#x30ED;&#x30B9;&#x30C8;&#x30FC;&#x30AF;&#x30B9;&#x30D7;&#x30EA;&#x30A2;&#x30B9;&#x3092;&#x30D5;&#x30A3;&#x30EB;&#x30BF;&#x30EA;&#x30F3;&#x30B0;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3067;&#x7279;&#x7570;&#x6027;&#x3092;&#x9054;&#x6210;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x5506;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x3002;&#x30BB;&#x30EB;&#x9593;&#x306E;&#x3070;&#x3089;&#x3064;&#x304D;&#x306F;&#x3001;&#x6C7A;&#x5B9A;&#x306E;&#x4E0D;&#x5747;&#x4E00;&#x6027;&#x3092;&#x53EF;&#x80FD;&#x306B;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x30AF;&#x30ED;&#x30B9;&#x30C8;&#x30FC;&#x30AF;&#x3068;MAP&#x30AD;&#x30CA;&#x30FC;&#x30BC;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x3067;&#x306E;&#x610F;&#x601D;&#x6C7A;&#x5B9A;

&#xC138;&#xD3EC;&#xB294; &#xC0B4;&#xC544;&#xB0A8;&#xAE30; &#xC704;&#xD574; &#xB2E4;&#xB978; &#xD658;&#xACBD; &#xC790;&#xADF9;&#xC5D0; &#xAD6C;&#xCCB4;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xC751;&#xB2F5; &#xD574;&#xC57C; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC885;&#xC885; &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xC790;&#xADF9;&#xC744; &#xAC10;&#xC9C0;&#xC5D0; &#xAD00;&#xB828; &#xB41C; &#xC2E0;&#xD638; &#xBCC0;&#xD658; &#xD1B5;&#xB85C; &#xB3D9;&#xC77C; &#xB610;&#xB294; &#xB3D9;&#xC885; &#xB2E8;&#xBC31;&#xC9C8;&#xC744; &#xACF5;&#xC720;. &#xC7A0;&#xC7AC;&#xC801; &#xD06C;&#xB85C;&#xC2A4;-&#xBC30;&#xC120;&#xC5D0; &#xBD88;&#xAD6C; &#xD558; &#xACE0; &#xC140; &#xBC18;&#xC751;&#xC758; &#xD2B9;&#xC774;&#xC131;&#xC744; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; &#xBAA8;&#xB378;&#xB9C1;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574; &#xB3D9;&#xC2DC; &#xBC0F; &#xC77C;&#xC2DC;&#xC801; &#xC815;&#xB82C; &#xB41C; &#xC785;&#xB825;&#xC5D0; &#xB178;&#xCD9C; &#xAC19;&#xC740; &#xD1B5;&#xB85C;&#xC758; &#xC0DD;&#xB9AC; &#xC801; &#xBC18;&#xC751; &#xD2B9;&#xC774;&#xC131; &#xACBD;&#xB85C; &#xAD6C;&#xD604; &#xD558;&#xB294; &#xB370; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558;&#xB294; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C; &#xC218;&#xC900; &#xBA54;&#xCEE4;&#xB2C8;&#xC998;&#xC744; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC904; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC; &#xB204; &#xB8E9; Saccharomyces cerevisiae&#xC5D0; hyperosmolar &#xBC0F; &#xD398;&#xB85C;&#xBAAC; &#xBB3C;&#xC9C8; &#xD65C;&#xC131;&#xD654; &#xB2E8;&#xBC31;&#xC9C8; (&#xC9C0;&#xB3C4;) &#xB2C8; &#xACBD;&#xB85C;&#xB97C; &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xACB0;&#xACFC; &#xC801;&#xC6A9;. &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xB450; &#xACBD;&#xB85C; &#xAD6C;&#xCCB4;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; MAPKKK, Ste11, &#xACF5;&#xC720; &#xD558; &#xACE0; &#xB3D9;&#xC885; MAPKs (Fus3 &#xBC0F; Hog1) &#xD558;&#xB294; &#xB370;&#xC5D0; &#xBD88;&#xAD6C; &#xD558; &#xACE0; osmolar &#xBC0F; &#xD398;&#xB85C;&#xBAAC; &#xC2E0;&#xD638; &#xAC10;&#xC9C0; &#xD55C;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; &#xD558;&#xB098;&#xC758; &#xC140;&#xC5D0; &#xACBD;&#xB85C; &#xC785;&#xB825; &#xD55C; &#xC30D; &#xADF8;&#xB9AC;&#xACE0; &#xBAA8;&#xB450;&#xC5D0; &#xAC8C; &#xB178;&#xCD9C; &#xD558;&#xB294; &#xACBD;&#xC6B0;&#xC5D0; &#xD558;&#xB098;&#xC758; &#xC790;&#xADF9;&#xC5D0; &#xC751;&#xB2F5; &#xD558;&#xB294; &#xC140;&#xC744; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xC758; &#xACB0;&#xACFC; &#xC758;&#xBBF8; &#xD558;&#xB294; &#xAC83;&#xC774; &#xACBD;&#xB85C; &#xC2A4; &#xD4E8; &#xB9AC; &#xC5B4;&#xC2A4; &#xC7A1;&#xB2F4; &#xC0C1;&#xD638; &#xC5B5;&#xC81C;&#xB97C; &#xD1B5;&#xD574; &#xD544;&#xD130;&#xB9C1; &#xD558; &#xC5EC; &#xD2B9;&#xC774;&#xC131;&#xC744; &#xB2EC;&#xC131;. &#xC140; &#xC0AC;&#xC774;&#xC758; &#xBCC0;&#xD654;&#xB294; &#xACB0;&#xC815;&#xC758;&#xC774; &#xC9C8; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;.

&#xC7A1;&#xB2F4; &#xBC0F; &#xC9C0;&#xB3C4; &#xD0A4; &#xB2C8; &#xC544; &#xC81C; &#xACBD;&#xB85C;&#xC5D0; &#xC758;&#xC0AC; &#xACB0;&#xC815;.

Las c&#xE9;lulas deben responder de manera espec&#xED;fica a diferentes est&#xED;mulos del medio ambiente para sobrevivir. Las v&#xED;as de transducci&#xF3;n de se&#xF1;ales implicadas en la detecci&#xF3;n de estos est&#xED;mulos a menudo comparten las mismas prote&#xED;nas u hom&#xF3;loga. A pesar del potencial cruz-cableado, las c&#xE9;lulas de mostrar la especificidad de la respuesta. Se muestra, a trav&#xE9;s de modelos, que la respuesta fisiol&#xF3;gica de las v&#xED;as de este tipo expuestos a entradas simult&#xE1;neas y orden&#xF3; temporal puede demostrar a nivel de sistema mecanismos por los cuales las v&#xED;as de lograr la especificidad. Nosotros aplicamos estos resultados a los hiperosmolares y la feromona de las v&#xED;as activadas por mit&#xF3;genos prote&#xED;na quinasa (MAP) en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Estas dos v&#xED;as en concreto detectar se&#xF1;ales de osmolaridad y de feromonas, a pesar de compartir un MAPKKK, Ste11, y que tiene hom&#xF3;logos MAPKs (Fus3 y Hog1). Se demuestra que en una sola c&#xE9;lula, las v&#xED;as se biestable en un intervalo de entradas, y la c&#xE9;lula responde a s&#xF3;lo un est&#xED;mulo incluso cuando se expone a ambos. Nuestros resultados implican que estas v&#xED;as de lograr la especificidad mediante la filtraci&#xF3;n de interferencias espurias trav&#xE9;s de la inhibici&#xF3;n rec&#xED;proca. La variabilidad entre las c&#xE9;lulas permite la heterogeneidad de las decisiones.

La diafon&#xED;a y la toma de decisiones en v&#xED;as de la quinasa MAP

Signaling pathways relay information about changes in the external environment so that cells can respond appropriately. How much information a pathway can carry depends on its bandwidth. We designed a microfluidic device to reliably change the environment of single cells over a range of frequencies. Using this device, we measured the bandwidth of the Saccharomyces cerevisiae signaling pathway that responds to high osmolarity. This prototypical pathway, the HOG pathway, is shown to act as a low-pass filter, integrating the signal when it changes rapidly and following it faithfully when it changes more slowly. We study the dependence of the pathway's bandwidth on its architecture. We measure previously unknown bounds on all of the in vivo reaction rates acting in this pathway. We find that the two-component Ssk1 branch of this pathway is capable of fast signal integration, whereas the kinase Ste11 branch is not. Our experimental techniques can be applied to other signaling pathways, allowing the measurement of their in vivo kinetics and the quantification of their information capacity.

Signal processing by the HOG MAP kinase pathway.

Voies de signalisation de relais d&#39;informations sur l&#39;&eacute;volution de l&#39;environnement ext&eacute;rieur afin que les cellules peuvent r&eacute;pondre de mani&egrave;re appropri&eacute;e. La quantit&eacute; d&#39;informations par voie peut transporter d&eacute;pend de sa bande passante. Nous avons con&ccedil;u un dispositif microfluidique s&ucirc;rement changer l&#39;environnement des cellules simples sur une plage de fr&eacute;quences. &Agrave; l&#39;aide de ce dispositif, nous avons mesur&eacute; la bande passante de la Saccharomyces cerevisiae voie qui r&eacute;pond &agrave; une osmolarit&eacute; &eacute;lev&eacute;e de signalisation. Cette voie prototypique, la voie de porc, est montr&eacute;e &agrave; agir comme un filtre passe-bas, en int&eacute;grant le signal quand il se transforme rapidement et apr&egrave;s elle fid&egrave;lement lorsque celle-ci change plus lentement. Nous &eacute;tudions la d&eacute;pendance &agrave; l&#39;&eacute;gard de largeur de bande de la voie son architecture. Nous mesurons les limites pr&eacute;c&eacute;demment inconnues sur toutes les vitesses de r&eacute;action in vivo agissant dans cette voie. Nous constatons que la branche de Ssk1 de deux composantes de cette voie est capable d&#39;int&eacute;gration du signal rapide, tandis que la branche de la kinase Ste11 n&#39;est pas. Nos techniques exp&eacute;rimentales peuvent &ecirc;tre appliqu&eacute;es aux autres voies de signalisation, ce qui permet la mesure de leur cin&eacute;tique in vivo et la quantification de leur capacit&eacute; d&#39;information.

Traitement du signal par la voie de kinase de carte HOG.

Vie di segnalazione rel&egrave; informazioni sui cambiamenti nell&#39;ambiente esterno cos&igrave; che le cellule possono rispondere in modo appropriato. Quante informazioni un sentiero possono portare dipende dalla sua larghezza di banda. Abbiamo progettato un dispositivo microfluidico per cambiare in modo affidabile l&#39;ambiente delle singole cellule sopra una gamma di frequenze. Utilizzando questo dispositivo, abbiamo misurato la larghezza di banda del Saccharomyces cerevisiae signaling pathway che risponde ad alta osmolarit&agrave;. Questo prototipo pathway, il pathway HOG, &egrave; mostrato di agire come un filtro passa-basso, integrando il segnale quando cambia rapidamente e in seguito fedelmente quando cambia pi&ugrave; lentamente. Studiamo la dipendenza della larghezza di banda di percorso sulla sua architettura. Misuriamo i limiti precedentemente sconosciuti su tutti i tassi di reazione in vivo che agiscono in questo percorso. Troviamo che il ramo di Ssk1 del due-componente di questo percorso &egrave; in grado di integrazione del segnale veloce, considerando che non &egrave; il ramo della chinasi Ste11. Le nostre tecniche sperimentali possono essere applicati ad altre vie di segnalazione, che permette la misurazione della loro cinetica in vivo e la quantificazione della loro capacit&agrave; di informazione.

Elaborazione del segnale con il pathway della chinasi HOG mappa.

Genetic and biochemical studies yield information about the component proteins and interactions involved in a cellular signaling pathway. However this parts inventory often does not immediately reveal the in vivo signal processing capabilities and function of the pathway. Signaling pathways are complex systems with dynamic behavior and a systems level approach is needed to understand the physiological roles they play within the cell. We recently used such an approach to measure the signal processing behavior of the budding yeast HOG MAP kinase pathway in response to precisely varied temporal stimuli controlled with a microfluidic device. Despite being a well-studied pathway with well-known components the signaling dynamics and biochemical parameters of this pathway were not known. Our approach allowed us to characterize the pathway's in vivo signal processing and put bounds on all of the in vivo reaction rates. The experimental and theoretical techniques used in our study are general and can be applied to understanding other signaling pathways in a range of biological systems.

In vivo measurement of signaling cascade dynamics.

&Eacute;tudes g&eacute;n&eacute;tiques et biochimiques donnent des informations sur les prot&eacute;ines composant et interactions impliqu&eacute;es dans une voie de signalisation cellulaire. Cependant cela l&#39;inventaire des pi&egrave;ces souvent ne pas imm&eacute;diatement r&eacute;v&egrave;le le capacit&eacute;s et la fonction de la voie de traitement du signal in vivo. Signalisation des voies sont des syst&egrave;mes complexes avec un comportement dynamique et une approche de syst&egrave;mes de niveau est n&eacute;cessaire pour comprendre les r&ocirc;les physiologiques qu&#39;ils jouent au sein de la cellule. R&eacute;cemment, nous avons utilis&eacute; cette approche pour mesurer le comportement de traitement du signal de la levure de bi&egrave;re voie de kinase de carte HOG en r&eacute;ponse &agrave; pr&eacute;cis&eacute;ment des stimuli temporelles vari&eacute;es muni d&#39;un dispositif microfluidique. En d&eacute;pit d&#39;&ecirc;tre une voie bien &eacute;tudi&eacute;e avec des composants bien connus la signalisation dynamique et les param&egrave;tres biochimiques de cette voie n&#39;&eacute;taient pas connus. Notre approche nous a permis de caract&eacute;riser la voie en traitement du signal vivo et mettre des limites sur tous les taux de r&eacute;action in vivo. Les techniques exp&eacute;rimentales et th&eacute;oriques utilis&eacute;s dans notre &eacute;tude sont g&eacute;n&eacute;rales et peuvent &ecirc;tre appliqu&eacute;s &agrave; la compr&eacute;hension des autres voies de signalisation dans une gamme de syst&egrave;mes biologiques.

Mesure in vivo de la dynamique de la cascade de signalisation.

Gli studi genetici e biochimici resa informazioni sulle proteine del componente e interazioni coinvolte in una via di segnalazione cellulare. Tuttavia questo inventario le parti spesso non immediatamente rivela il funzionalit&agrave; e la funzione del percorso di elaborazione del segnale in vivo. Signaling pathways sono sistemi complessi con comportamento dinamico e un approccio di livello di sistema &egrave; necessaria per comprendere i ruoli fisiologici giocano all&#39;interno della cellula. Recentemente abbiamo utilizzato tale approccio per misurare il comportamento di elaborazione del segnale del lievito germogliante pathway della chinasi HOG mappa in risposta a precisamente vari stimoli temporali controllato con un dispositivo microfluidico. Pur essendo un percorso ben studiato con componenti ben noti la segnalazione dinamica e parametri biochimici di questa via metabolica non erano conosciuti. Il nostro approccio ci ha permesso di caratterizzare il percorso di elaborazione del segnale vivo e mettere limiti su tutti i tassi di reazione in vivo. Le tecniche sperimentali e teoriche utilizzate nel nostro studio sono generali e possono essere applicate per comprendere altre vie di segnalazione in una gamma di sistemi biologici.

Misurazione in vivo della dinamica della cascata di segnalazione.

Determining the in vivo kinetics of a signaling pathway is a challenging task. We can measure a property we termed pathway bandwidth to put in vivo bounds on the kinetics of the mitogen-activated protein kinase (MAPk) signaling cascade in Saccharomyces cerevisiae that responds to hyperosmotic stress [the High Osmolarity Glycerol (HOG) pathway]. Our method requires stimulating cells with square waves of oscillatory hyperosmotic input (1 M sorbitol) over a range of frequencies and measuring the activity of the HOG pathway in response to this oscillatory input. The input frequency at which the pathway's steady-state activity drops precipitously because the stimulus is changing too rapidly for the pathway to respond faithfully is defined as the pathway bandwidth. In this chapter, we provide details of the techniques required to measure pathway bandwidth in the HOG pathway. These methods are generally useful and can be applied to signaling pathways in S. cerevisiae and other organisms whenever a rapid reporter of pathway activity is available.

Measuring in vivo signaling kinetics in a mitogen-activated kinase pathway using dynamic input stimulation.

D&eacute;termination de la cin&eacute;tique in vivo d&#39;une voie de signalisation est une t&acirc;che difficile. Nous pouvons mesurer une propri&eacute;t&eacute; que nous appel&eacute; bande passante voie pour mettre des bornes in vivo sur la cin&eacute;tique des kinases (MAPk) prot&eacute;ine mitog&egrave;ne-signalisation cascade dans Saccharomyces cerevisiae qui r&eacute;pond au stress hyperosmotique [la voie haute osmolarit&eacute; glyc&eacute;rol (HOG)]. Notre m&eacute;thode exige de stimuler les cellules avec des ondes carr&eacute;es de hyperosmotique oscillatoire d&#39;entr&eacute;e (1 M sorbitol) sur une plage de fr&eacute;quences et de mesurer l&#39;activit&eacute; de la voie de porc en r&eacute;ponse &agrave; cette entr&eacute;e oscillatoire. La fr&eacute;quence d&#39;entr&eacute;e o&ugrave; l&#39;activit&eacute; de la voie stationnaire chute abruptement parce que le stimulus change trop rapidement pour la voie de r&eacute;pondre fid&egrave;lement est d&eacute;finie comme la bande passante de voie. Dans ce chapitre, nous fournir les d&eacute;tails des techniques n&eacute;cessaires pour mesurer la bande passante de voie dans la voie de porc. Ces m&eacute;thodes sont g&eacute;n&eacute;ralement utiles et peuvent &ecirc;tre appliqu&eacute;es aux voies chez S. cerevisiae et d&#39;autres organismes de signalisation lorsqu&#39;un journaliste rapid de l&#39;activit&eacute; de la voie est disponible.

Cin&eacute;tique de signalisation in vivo dans une voie de la kinase mitog&egrave;ne-utilisant la stimulation d&#39;entr&eacute;e dynamique de mesure.

Determinare la cinetica in vivo di una via di segnalazione &egrave; un compito impegnativo. Possiamo misurare una propriet&agrave; che abbiamo definito di banda percorso per porre limiti in vivo sulla cinetica della chinasi di proteina mitogene-attivata (MAPk) segnalazione cascata in Saccharomyces cerevisiae che risponde alle sollecitazioni iperosmotico [la via alta osmolarit&agrave; glicerolo (HOG)]. Il nostro metodo richiede stimolando le cellule con onde quadre di oscillatori iperosmotico input (1m sorbitolo) sopra una gamma di frequenze e misurazione dell&#39;attivit&agrave; del percorso HOG in risposta a questo ingresso oscillatorio. La frequenza di ingresso a che attivit&agrave; steady-state di sentiero scende precipitosamente perch&eacute; lo stimolo sta cambiando troppo rapidamente per il sentiero rispondere fedelmente &egrave; definita come la larghezza di banda di percorso. In questo capitolo, forniamo i dettagli delle tecniche necessarie per misurare la banda di percorso in via del porco. Questi metodi sono generalmente utili e possono essere applicati a vie in S. cerevisiae e altri organismi di segnalazione ogni volta che un reporter rapido delle attivit&agrave; del percorso &egrave; disponibile.

Cinetica in vivo di segnalazione in un percorso di chinasi mitogene-attivato mediante stimolazione input dinamica di misurazione.

We describe the development and characterization of a system that allows the rapid and specific induction of individual genes in the yeast Saccharomyces cerevisiae without changes in nutrients or temperature. The system is based on the chimeric transcriptional activator Gal4dbd.ER.VP16 (GEV). Upon addition of the hormone Î²-estradiol, cytoplasmic GEV localizes to the nucleus and binds to promoters containing Gal4p consensus binding sequences to activate transcription. With galactokinase Gal1p and transcriptional activator Gal4p absent, the system is fast-acting, resulting in readily detectable transcription within 5 min after addition of the inducer. Î²-Estradiol is nearly a gratuitous inducer, as indicated by genome-wide profiling that shows unintended induction (by GEV) of only a few dozen genes. Response to inducer is graded: intermediate concentrations of inducer result in production of intermediate levels of product protein in all cells. We present data illustrating several applications of this system, including a modification of the regulated degron method, which allows rapid and specific degradation of a specific protein upon addition of Î²-estradiol. These gene induction and protein degradation systems provide important tools for studying the dynamics and functional relationships of genes and their respective regulatory networks.

Fast-acting and nearly gratuitous induction of gene expression and protein depletion in Saccharomyces cerevisiae.

Nous d&eacute;crivons le d&eacute;veloppement et la caract&eacute;risation d&#39;un syst&egrave;me qui permet l&#39;induction rapide et sp&eacute;cifique des g&egrave;nes individuels dans la levure Saccharomyces cerevisiae sans changements d&#39;&eacute;l&eacute;ments nutritifs ou de temp&eacute;rature. Le syst&egrave;me est bas&eacute; sur l&#39;activateur de la transcription chim&eacute;rique Gal4dbd.ER.VP16 (GEV). Lors de l&#39;addition de l&#39;hormone &beta;-estradiol, GEV cytoplasmique se localise au noyau et se lie aux promoteurs contenant des s&eacute;quences de liaison Gal4p consensus d&#39;activer la transcription. Avec galactokinase Gal1p et activateur de la transcription Gal4p absent, le syst&egrave;me est &agrave; action rapide, ayant pour r&eacute;sultat une transcription facilement d&eacute;tectable dans les 5 min apr&egrave;s addition de l&#39;inducteur. &Beta;-Estradiol est presque un inducteur gratuit, comme indiqu&eacute; par g&eacute;nome profilage qui montre une induction involontaire (par GEV) de seulement quelques dizaines de g&egrave;nes. R&eacute;ponse &agrave; inducteur est class&eacute; : interm&eacute;diaire des concentrations de r&eacute;sultat d&#39;inducteur dans la production des niveaux interm&eacute;diaires de prot&eacute;ine produit dans toutes les cellules. Nous pr&eacute;sentons des donn&eacute;es illustrant plusieurs applications de ce syst&egrave;me, y compris une modification de la m&eacute;thode de degron r&eacute;glement&eacute;, ce qui permet une d&eacute;gradation rapide et sp&eacute;cifique d&#39;une prot&eacute;ine sp&eacute;cifique lors de l&#39;addition de &beta;-estradiol. Ces syst&egrave;mes de d&eacute;gradation de l&#39;induction et la prot&eacute;ine g&egrave;ne fournissent des outils importants pour l&#39;&eacute;tude de la dynamique et les relations fonctionnelles des g&egrave;nes et de leurs r&eacute;seaux respectifs de r&eacute;gulation.

Action rapide et presque gratuite induction d&#39;&eacute;puisement expression et prot&eacute;ine de g&egrave;ne chez Saccharomyces cerevisiae.

Descriviamo lo sviluppo e la caratterizzazione di un sistema che permette l&#39;induzione rapido e specifico dei singoli geni nel lievito saccaromices cerevisiae senza cambiamenti nella temperatura o sostanze nutritive. Il sistema si basa sull&#39;attivatore trascrizionale chimerico Gal4dbd.ER.VP16 (GEV). Con l&#39;aggiunta di ormone &beta;-estradiolo, GEV citoplasmatica si localizza nel nucleo e si lega ai promotori contenenti sequenze Gal4p consenso vincolante per attivare la trascrizione. Con galattochinasi Gal1p e attivatore trascrizionale Gal4p assente, il sistema &egrave; fast-acting, con conseguente trascrizione facilmente rilevabili entro 5 min dopo l&#39;aggiunta dell&#39;induttore. &Beta;-estradiolo &egrave; quasi un induttore gratuito, come indicato dal genome-wide profilatura che mostra ad induzione non intenzionale (da GEV) di solo qualche decina di geni. Risposta a induttore &egrave; classificato: intermedio concentrazioni del risultato dell&#39;induttore nella produzione dei livelli intermedi di proteina prodotto in tutte le cellule. Vi presentiamo i dati che illustrano diverse applicazioni di questo sistema, tra cui una modifica del metodo degron regolamentati, che consente la degradazione rapida e specifica di una proteina specifica con l&#39;aggiunta di &beta;-estradiolo. Questi sistemi di degradazione ad induzione e proteina del gene forniscono strumenti importanti per lo studio delle dinamiche e rapporti funzionali di geni e le rispettive reti regolamentari.

Megan N. McClean

The Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics

Princeton University

Visualization and Analysis of mRNA Molecules Using Fluorescence In Situ Hybridization in Saccharomyces cerevisiae

Design and Implementation of an Automated Illuminating, Culturing, and Sampling System for Microbial Optogenetic Applications

High-Throughput Optogenetics Experiments in Yeast Using the Automated Platform Lustro

Megan N. McClean

.css-o250i3{font-size:18px;font-family:Open Sans,sans-serif;line-height:21.6px;}The Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics

Princeton University

Visualization and Analysis of mRNA Molecules Using Fluorescence In Situ Hybridization in Saccharomyces cerevisiae

Design and Implementation of an Automated Illuminating, Culturing, and Sampling System for Microbial Optogenetic Applications

High-Throughput Optogenetics Experiments in Yeast Using the Automated Platform Lustro

The Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics