The role of gene expression noise in the evolution of gene regulation
Third-party funded project
Project title The role of gene expression noise in the evolution of gene regulation
Principal Investigator(s) van Nimwegen, Erik
Project Members Bellement-Théroué, Gwendoline
Urchueguia Fornes, Arantxa
Blank, Diana
Julou, Thomas
Galbusera, Luca
Field, Christopher
Fiori, Athos
Grobecker, Pascal
Krämer, Anne
Chauvin, Dany
Gervais, Théo
Organisation / Research unit Departement Biozentrum / Bioinformatics (van Nimwegen)
Project start 01.04.2015
Probable end 31.03.2019
Status Completed
Abstract

Eines der auffälligsten Merkmale, welches uns Lebewesen von den unbelebten Objekten unterscheidet, die die Physik und die Chemie untersucht, ist die Eigenschaft, auf die Umwelt zu reagieren und sich anzupassen. Zellen können Chemikalien in ihrer Umgebung wahrnehmen und darauf reagieren, da sie Mechanismen besitzen, um die Expression ihrer Gene entsprechend anzupassen.

Über die molekularen Mechanismen der Genregulierung ist schon viel bekannt; regulatorische Proteine wie z.B. Transkriptionsfaktoren binden in einer sequenz-abhängigen Weise an kurze DNA Stücke, und die Bindungsmuster dieser regulatorischen Proteine sind ziemlich gut erforscht, aber beinahe nichts ist bekannt über die Art und Weise, in der die Genregulation evolutionär entstanden ist. Neuere Arbeit aus unserem Labor hat angedeutet, dass es eine grundlegende, starke Verbindung gibt zwischen der Evolution der Genregulierung und dem Rauschen in dem Prozess der Genexpression. Wie jeder physikalische Prozess hängt auch die Genexpression von thermischen und anderen Fluktuationen ab, welche bewirken, dass sogar identische Zellen in einer homogenen Umgebung Schwankungen in ihrem Verhalten zeigen. Ein Teil dieses Genexpressions-Rauschens wird durch die Ausbreitung des Rauschens der regulatorischen Protein an ihre Zielgene verursacht, und aus unserer jüngsten Arbeit lässt sich schliessen, dass die Weiterleitung des Rauschen eine wichtige Rolle spielt bei der Entwicklung der Genregulation. In diesem Projekt werden wir mit einer Kombination aus experimentellen und theoretischen Ansätzen die Rolle des Rauschens der Genexpression in der Evolution der Genregulierung am Beispiel des Bakteriums Escherichia coli untersuchen. Wir erwarten, dass diese Arbeit neue grundlegende Erkenntnisse liefert, wie Organismen lernen können, sich an ihre Umgebung anzupassen. Diese Erkenntnisse könnten wichtige Auswirkungen auf alle Gebiete der Biotechnologie haben.

 

Keywords computational systems biology, evolution of gene regulation, gene expression noise
Financed by Swiss National Science Foundation (SNSF)

Published results ()

  ID Autor(en) Titel ISSN / ISBN Erschienen in Art der Publikation
4234977  Kaiser, Matthias; Jug, Florian; Julou, Thomas; Deshpande, Siddharth; Pfohl, Thomas; Silander, Olin K; Myers, Gene; van Nimwegen, Erik  Monitoring single-cell gene regulation under dynamically controllable conditions with integrated microfluidics and software.  2041-1723  Nature communications  Publication: JournalArticle (Originalarbeit in einer wissenschaftlichen Zeitschrift) 

Cooperations ()

  ID Kreditinhaber Kooperationspartner Institution Laufzeit - von Laufzeit - bis
2337906  van Nimwegen, Erik  Myers, Eugene  Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics  01.03.2013  31.12.2025 
   

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14/08/2020