स्टोकेस्टिक जीन अभिव्यक्ति और रव (नॉइज़)

एक ही वातावरण में आनुवंशिक रूप से समान कोशिकाएँ एक-दूसरे से भिन्न क्यों होती हैं, और कम प्रतिलिपि संख्या पर आणविक घटनाओं की यादृच्छिकता मापने योग्य रव (नॉइज़) कैसे उत्पन्न करती है।

Definition

स्टोकेस्टिक जीन अभिव्यक्ति mRNA और प्रोटीन का अंतर्निहित यादृच्छिक उत्पादन है जो इसमें शामिल छोटी संख्या और असतत प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न होता है, और रव (नॉइज़) आणविक स्तरों में परिणामी कोशिका-से-कोशिका परिवर्तनशीलता है।

Scope

यह विषय जीन-अभिव्यक्ति रव (नॉइज़) के भौतिकी को शामिल करता है: कैसे प्रतिलेखन और अनुवाद में शामिल अणुओं की छोटी संख्या अभिव्यक्ति को एक स्टोकेस्टिक प्रक्रिया बनाती है, उस रव (नॉइज़) को कैसे मापा जाता है और आंतरिक और बाहरी घटकों में विघटित किया जाता है, और कोशिकीय व्यवहार के लिए परिवर्तनशीलता के क्या परिणाम होते हैं। यह स्टोकेस्टिक रासायनिक गतिकी के ढांचे का उपयोग करता है, जो पड़ोसी विषयों में नियतात्मक और थर्मोडायनामिक विचारों का पूरक है।

Core questions

• एकल-कोशिका स्तर पर जीन अभिव्यक्ति शोरगुल वाली क्यों होती है?
• रव (नॉइज़) को कैसे मापा जा सकता है और आंतरिक और बाहरी भागों में कैसे अलग किया जा सकता है?
• प्रतिलेखन और अनुवाद के फटने से परिवर्तनशीलता कैसे बढ़ती है?
• अभिव्यक्ति रव (नॉइज़) कोशिकाओं के लिए कब हानिकारक, सहनीय या उपयोगी होता है?

Key theories

आंतरिक बनाम बाहरी रव (नॉइज़)

एलोविट्ज़ और सहयोगियों ने एक जीन की अपनी प्रतिक्रियाओं की यादृच्छिकता (आंतरिक) से उत्पन्न होने वाले रव (नॉइज़) को सभी जीनों (बाहरी) को प्रभावित करने वाले कोशिका-व्यापी उतार-चढ़ाव से अलग किया, जिसमें दो स्रोतों को अलग करने वाले दो-रिपोर्टर प्रयोग का उपयोग किया गया।

कम-प्रतिलिपि-संख्या स्टोकेस्टिक गतिकी

क्योंकि प्रमुख अणु कम संख्या में मौजूद होते हैं, अभिव्यक्ति असतत, यादृच्छिक प्रतिक्रिया घटनाओं द्वारा नियंत्रित होती है, जो अक्सर फटने में होती है, इसलिए आणविक संख्या एक सहज औसत का पालन करने के बजाय काफी उतार-चढ़ाव करती है।

Mechanisms

प्रतिलेखन और अनुवाद छोटी संख्या में अणुओं पर कार्य करने वाली असतत रासायनिक घटनाओं के अनुक्रम हैं, इसलिए एक कोशिका में mRNA और प्रोटीन की संख्या एक नियतात्मक औसत का पता लगाने के बजाय एक स्टोकेस्टिक प्रक्रिया के रूप में उतार-चढ़ाव करती है। प्रतिलेखन अक्सर फटने में होता है, और प्रत्येक mRNA विभिन्न संख्या में प्रोटीन उत्पन्न करता है, जिससे परिवर्तनशीलता बढ़ जाती है। प्रयोगात्मक रूप से, एक जीन की अलग-अलग प्रतियों से दो समान रिपोर्टरों को व्यक्त करने से साझा, कोशिका-व्यापी उतार-चढ़ाव (बाहरी रव) को स्वतंत्र, जीन-विशिष्ट उतार-चढ़ाव (आंतरिक रव) से अलग किया जा सकता है, जिससे कोशिकीय परिवर्तनशीलता के स्रोतों पर एक मात्रात्मक पकड़ मिलती है।

Clinical relevance

अभिव्यक्ति रव (नॉइज़) विभिन्न दवा प्रतिक्रिया, सूक्ष्मजीव आबादी में बेट-हेजिंग, और कोशिका-भाग्य निर्णयों जैसी घटनाओं में योगदान देता है, जो नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय उन जैविक और चिकित्सा प्रश्नों के लिए शैक्षिक संदर्भ प्रदान करता है।

History

एक स्टोकेस्टिक रासायनिक प्रक्रिया के रूप में जीन अभिव्यक्ति का सैद्धांतिक उपचार प्रयोगों से पहले हुआ; एलोविट्ज़ और सहयोगियों द्वारा 2002 के दो-रिपोर्टर मापों ने आंतरिक और बाहरी रव (नॉइज़) को सीधे मापने योग्य बनाया और कोशिकीय परिवर्तनशीलता के मात्रात्मक अध्ययन की शुरुआत की।

Key figures

• Michael Elowitz
• Peter Swain
• Adam Arkin

Seminal works

• elowitz2002
• phillips2012

Frequently asked questions

समान कोशिकाएँ अलग तरह से व्यवहार क्यों करती हैं?

क्योंकि जीन अभिव्यक्ति की आणविक प्रतिक्रियाओं में कम संख्या में अणु शामिल होते हैं और वे यादृच्छिक रूप से होते हैं, यहां तक कि समान परिस्थितियों में समान जीन वाली कोशिकाएँ भी विभिन्न आणविक स्तरों के साथ समाप्त होती हैं।

आंतरिक और बाहरी रव (नॉइज़) में क्या अंतर है?

आंतरिक रव (नॉइज़) एक विशेष जीन की अपनी प्रतिक्रियाओं की यादृच्छिकता से आता है, जबकि बाहरी रव (नॉइज़) कोशिका-व्यापी उतार-चढ़ाव से आता है - जैसे कि साझा मशीनरी में - जो एक साथ कई जीनों को प्रभावित करता है।