PLoS ONE: Global Geneettinen Response on Cancer Cell: itseorganisoituneen yhtenäinen Expression Dynamics
tiivistelmä
Ymmärtäminen perusmekanismina ajallisesti ja itsehillintää genominlaajuisten geenin ilmentymisen kytkeytyneenä monimutkainen epigeneettiset molekyyli kokoonpano on yksi tärkeimmistä haasteista nykyistä biologista tieteeseen. Tässä tutkimuksessa, genomin laajuinen dynaaminen profiili geenien ilmentyminen analysoitiin MCF-7-rintasyöpäsolujen indusoitu kaksi erillistä ErbB-reseptorin ligandeja: epidermaalinen kasvutekijä (EGF) ja hereguliinin (HRG), joka ajaa solujen proliferaatiota ja erilaistumista, vastaavasti . Olemme keskittäneet huomiomme valaista miten maailmanlaajuinen geneettinen vastauksia esiin ja tulkita, mitä on ensisijainen periaate dynaamista itsehillintää genominlaajuisten geeniekspressiota. Koko-mRNA luokiteltu noin sata ryhmien mukaan tehollisarvo vaihtelu (
rmsf
). Nämä ilme ryhmät osoittivat ominaisuus aikariippuvainen korrelaatioita, mikä olisi osoitus kollektiivisen käyttäytymismalleja kokonaisuus geenien suhteen mRNA ilmaisun ja myös ajalliset muutokset ilme. Kaikki tai ei mitään vasteita havaittiin HRG ja EGF (kaksifaasinen tilastot) noin 10-20 min. Syntyminen ajasta riippuva kollektiivinen käyttäytyminen ilmaisun tapahtunut kautta kaksijakoisuus johdonmukaisen ilmaisun tila (CES). Kun kokonaisuus mRNA ilmaisun itseorganisoituneet Cess paljastaa selvästi ominainen ilme verkkotunnuksia kaksivaiheisesti tilastoihin, joka esittelee erityisesti läsnäolon kriittisyyden lausekkeen profiilin reitti genomista siirtyminen. Ajoissa riippuvia muutoksia ekspressiodomeenit, dynamiikkaa CES paljastaa, että ajan myötä luonteenomaisen verkkotunnuksia luonnehditaan autonominen bistabiili kytkin, jolla on dynaaminen kriittisyyden (ajan myötä kriittisyyden) genomin laajuinen yhtenäinen ilme dynamiikkaa. On odotettavissa, että selvittäminen Biofyysisten alkuperän tällaisten kriittisten käyttäytymistä valottaa taustalla olevan mekanismin valvontaa koko genomin.
Citation: Tsuchiya M, Hashimoto M, Takenaka Y, Motoike IN, Yoshikawa K (2014 ) Global Geneettinen Response on Cancer Cell: itseorganisoituneen yhtenäinen Expression Dynamics. PLoS ONE 9 (5): e97411. doi: 10,1371 /journal.pone.0097411
Toimittaja: Dante R. Chialvo, kansallinen tieteellisen ja teknisen tutkimuksen neuvosto (CONICET), Argentiina
vastaanotettu: 27 tammikuu 2014; Hyväksytty: 18 huhtikuu 2014; Julkaistu: May 15, 2014
Copyright: © 2014 Tsuchiya et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.
Rahoitus: Tämä tutkimus rahoittaneet Tsuruoka City, Yamagata prefektuurin hallituksen ja GCOE ohjelma Keio University, ja tuettiin osittain Grants-in-Aid, KAKENHI (nro. 23240044 ja 25103012). Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista.
Kilpailevat edut: Masa Tsuchiya on PLoS One Editorial hallituksen jäsen. Tämä ei muuta tekijöiden noudattaminen PLoS One Pääkirjoitus politiikan ja kriteerit.
Johdanto
Yksi keskeisistä haasteista life science on paljastaa perusmekanismin suojattavan miten genomin säätelee aktiivisuus kymmenien tuhansien geenien itsenäisesti. Viimeaikainen huomattava menestys iPS solujen kohdunulkoinen ilmaus keskeisten transkriptiotekijöiden [1] on avannut oven paitsi mahdollinen manipulointi solun kohtalon mihinkään soluun valtion kautta somaattista genomin uudelleenohjelmoinnin, mutta myös ymmärtämään geneettisen mekanismin kehittäminen ja taudin in vitro. Eukaryoottinen genomi (epigenome) määrittelee solun tilan määrittämällä dynaamisesti, mitkä geenit aktivoituvat tai pidätetty; soluprosessia järjestää tavattoman monimutkainen molekyylirakenne jättiläinen DNA-molekyylejä, jotka tekevät yhteistyötä ydinvoiman proteiinien mukana dynaaminen epigeneettisellä muutoksilla [2]. Kuitenkin nykyistä käsitystä perustavanlaatuisia kysymyksiä, kuten kuinka genomi, joka on erittäin monimutkainen molekyyli järjestelmä, itsesäätelyyn genominlaajuisten geneettisen aktiivisuuden ja mikä on pääperiaate, jonka genomi ohjaa solujen erilaistumiseen ja uudelleenohjelmointi, on edelleen alkutekijöissään.
Mitä tulee valvontaan geenisäätelyn, on raportoitu, että useita satoja tai tuhansia geenien Hiivasoluviljelmää ovat säädelty muutamassa minuutissa nopealla ja genominlaajuisten transkription vastaus [3], [4]; alkion nisäkkäiden kantasoluja, muutamia keskeisiä transkriptiotekijöitä (Oct4, Sox2, ja Nanog) koordinoi ilmaus tuhansien geenien kanssa epigenetic muutoksin liitettävä epigeneettisellä molekyylejä, kuten kromatiinin sääntelyviranomaiset [5].
Kun tutkimme dynamiikka biokemiallisia reaktioita, jotka liittyvät geenien ilmentyminen, jokaisen näistä geenin solupopulaatio (esimerkiksi, MCF-7 ihmisen syöpäsoluja tässä raportissa) kuljettaa stokastinen melu johtuvat sisäisestä (luontainen) ja solujen välinen (ulkoisten) prosessit [6] – [12]. Tämä stokastisuuden on rakentava (korreloi) ja tuhoisia vaikutuksia (korreloimattomia) biologisista prosesseista, mukaan lukien geenin ilmentymisen säätelyyn. On olemassa kaksi taustalla vaikeuksia ymmärtää vankka päälle /pois-ohjaus geenin ilmentymisen solussa: melua stokastisia ilmaisun ja melu johtuu heterogeenisyys solutyyppien (solu-solu vaihtelua) väestössä.
läsnäolo stokastisen kohinan (johtuen luontaisista vaikutus alhaisen kopioluvun mRNA geenin solua kohti) viittaa aikaan epävakaudesta runsaasti geneettisen tuotteen, jos järjestelmä perustuu yksinomaan erittäin suuri määrä tiettyjä avain-lukko vuorovaikutukset (eli jos emme sisällyttää molekyyliympäristössä) [13]. Sen lisäksi, että meluisa matalan kopioluvun vaikutus, ei ehkä ole tarpeeksi tilastollista määrä molekyylejä sisällä pieni tila on solun tumassa: jakautuminen keskeinen raja-arvolause sitoutumisen tasapaino avaimen ja lukon molekyylit [14] voidaan lisätä stokastinen (tuhoava) vaikutus johtuu satunnainen yhteentörmäyksen reagenssit (esim RNA-polymeraasia ja DNA) dynamiikkaan geenien ilmentymisen. Nämä luontaiset vaikutukset pitäisi aiheuttaa jakautuminen kollektiivinen kokonaisuus käyttäytymistä geenin ilmentymisen.
ulkoiset vaikutusta solu-solu vuorovaikutus saattaa tuottaa ei-geneettinen heterogeenisyys (solu-solu vaihtelun tuottamat samat geenien) [15], [16]. Eri prosessien eri solutyypeissä väestöstä saattaa aiheuttaa epävakautta vankan ilmentymisen säätely on suuri määrä geenejä solussa. Sen sijaan toisessa raportissa ehdotettiin, että solu-solu vaihtelu on suurelta osin seurausta deterministinen sääntelyprosesseista sijaan stokastisuuden klo yksisoluiset tason [17]. Tuore teoreettinen tutkimus osoitti, että ulkoiset melu on tärkeä rooli heterogeenisyys populaatiossa solujen kautta fenotyypin kytkentä säätelyssä geenien ilmentymisen [12]. Lisätutkimuksia tarvitaan selvittämään olennaiset syy heterogeenisyys solupopulaation.
Viime aikoihin asti laajimmin hyväksytty mekanismi itsesääntelyä geeniekspression on ollut geneettinen verkosto koostuu suuresta määrästä erityisiä vuorovaikutus, eli avain-lukko kompleksi molekyylivuorovaikutusten; geenien ilmentyminen on dynaaminen prosessi purkaminen DNA histoni molekyylejä ja altistaa tietyn alueen kaksijuosteisen DNA tuottaa mRNA DNA-sekvenssi tiedon jonkin geenin suorittamaan tietyn soluprosessia. Häkellyttävän monimutkainen solu, joka syntyy dynaaminen avain-lukko molekyylien vuorovaikutus ulkoisen ja sisäisen stokastinen ympäristöissä herättää olennainen kysymys, vaikka taustalla stokastinen luonne ja heterogeeninen ympäristö: Miten solun pienikokoinen tuma tuottaa vankkaa valvonta koordinoituja genominlaajuisten geenin ilmentymistä [13]?
tämän ongelman ratkaisemiseksi periaatteellinen kysymys, saatamme haluta kiinnittää huomiota ”melu” geeniekspression genominlaajuisten dataa määrällinen arviointi stokastisen vaihtelun valottamaan on piilotettu mekanismi genominlaajuisten globaali itsesäätelyn. Olemme tutkineet koko transcriptome toiminta otetaan huomioon koko joukko geenejä, eli ilmaus kaikkien geenien saatujen microarray tiedot, ja lajitellaan kaikki mRNA: n ilmentymisen (yleensä suuruusluokkaa kymmeniä tuhansia) asteen mukaisesti muutoksen ajallinen ilmaisun lähtötilanteen ja muodostettuja mRNA ilmaisun (katso menetelmät). Tällä ryhmittely geeniekspression erilaisissa biologisissa prosesseissa, olemme paljaana uutena epälineaarinen korrelaatioita (esimerkiksi, kuvio 1) [18] – [20]: eli maailmanlaajuinen epälineaarinen korrelaatioita ensemble (ryhmä) keskiarvot ajalliset muutokset ilmaisun ja mRNA ilmaisun kasvun kanssa
n
(katso yksityiskohdat File S1). Nämä globaali korrelaatiot ilmaisemaan keskiarvon (keskiarvo kenttä) käyttäytymistä suurissa ja stokastisia geneettinen aktiivisuus piilotettu genomin mittakaavan kollektiivinen käyttäytyminen. On hyvin tunnettua, että on olemassa keskimääräisen kentän käyttäytyminen osoittaa, että läsnä on keskeisen periaatteen fyysisen monissa kehon (esim molekyyli) järjestelmät; Näin, geneettinen keskimääräisen kentän käyttäytymistä osoittavat olemassaolon perusperiaatteita, joita ”aisti”, jonka genomi kokonaisuudessaan minkä seurauksena syntyy kollektiivinen tilat, jotka kattavat koordinoidusti tuhansien geenien [Tsuchiya M, Hashimoto M, Tomita M, Yoshikawa K, Giuliani A, ”Collective genominlaajuisten Expression tilat: Major Roolit Low-varianssi Genes”, julkaisematon].
siirtyminen hajallaan lauseke (ensimmäinen rivi;
N
= 22035) ajoin riippuva korrelaatio (toinen rivi) on esitetty kollektiivisen käyttäytyminen ensemble ryhmistä: DEAB A) ilmaisu (symbolisesti edustaa
ln
(
ε
(
t
)); kutsutaan yksinkertaisesti ”ilmaisun”) ja B) ilmaisu muutos (
ln
(
ε
(
t
i
) /
ε
(
t
i
-1))). Kuvassa kaksivaiheisesti genomista vasteita (kaksifaasinen tilastot) HRG ja EGF; kuvaajia yhden mRNA (
n
= 1, ensimmäinen rivi) ja ryhmä geenejä (
n
= 200; toinen rivi) A) ilmaisu osoitteessa
t
= 10 min (musta piste), 15 min (sininen), ja 20 min (punainen), ja B) ilmaisu muutos
t
i
-1 = 10 min
t
i
= 15 min (sininen sykli) ja
t
i
-1 = 15 min
t
i
= 20 min (punainen), kuvastaa OFF-oN kytkentä alas- ja ylöspäin-asetus). Telineet noin
x,
x
, heijastaa yksinkertainen aritmeettinen keskiarvo
x
ryhmässä (
n
= 200).
syntymässä kuva geenien ilmentymisen säätely voidaan selittää suhteen pitkälle integroitu dynaaminen systeemi moniulotteisessa vaiheavaruuden virittämä ekspressiotasot koko joukko geenejä. Erityisesti vaikka mRNA hyvin alhaisilla signaali-intensiteetit mahdollistavat globaalin jälleenrakentamiseen solu- populaatiodynamiikan, kuten tapauksessa hematopoieettisten kantasolujen erilaistuminen [21], joka on sopusoinnussa kuvan johtuvien analyysin koko transcriptome, joka voimakkaasti ehdottaa läsnäolo joukko rajoituksia, jotka mahdollistavat genomin toimia erittäin yhtenäinen /osuuskuntajärjestelmä ( ’genomin kenttä ”[22]). Samanlainen profiili, joka muistuttaa uutena epälineaarinen korrelaatio mukana vaihtelu voi esiintyä jakelun yhden geenin ilmentymisen solujen viljelmässä, kun luontainen (korreloimattomia) melu vähissä [6].
Tässä raportissa analysoitiin koko genomin ilmaisun dynamiikka (22035 koettimia ja 18 aikapisteissä, menetelmät), joka liittyy MCF-7 (ihmisen rintasyöpä), solujen lisääntyminen ja erilaistuminen aktivoitumisen kautta ErbB reseptorin epidermaalinen kasvutekijä (EGF) ja hereguliinin (HRG), vastaavasti . HRG indusoi solujen erilaistumista ylläpitämällä ekstrasellulaarisen signaalin säädelty kinaasi (ERK) aktiivisuus tuottaa merkittävän fosforyloidun transkriptiotekijä, c-Fos aktivointi, kun taas EGF stimuloi soluproliferaatiota indusoimalla ohimenevä ERK aktiivisuus vähäinen c-Fos induktio [23]. Kaksivaiheinen signalointi vaste suhteessa Erb reseptorin signalointi dynamiikan eroja C-Fos taso selvitetty [23] – [25].
Ymmärtääksemme onko olemassa erillisiä genomista vastauksia suhteessa kaksivaiheiseksi signalointi vastaus teimme kattavan analyysin koko genomista vaste sekä HRG ja EGF-ligandi aktivointi ErB reseptori MCF-7 rintasyöpäsolujen ryhmittelemällä geenejä perustuen ajasta riippuvia muutoksia ilme. Selvittämiseksi, kuinka globaali geneettisiä vasteita syntyä ja edelleen tulkita, mitä on ensisijainen periaate dynaamista itsehillintää genominlaajuisten geeniekspressiota, keskityimme ajasta riippuva globaali geneettisiä vasteita ensimmäisen 30 minuutin kuluttua ligandin aktivaation, joka näkyy kaksivaiheisesti genomista vasteet (kaksifaasinen tilastot) EGF ja HRG.
seuraavissa kappaleissa, me osoittaa, että olennaiset skenaarion itseorganisoituneen ilmaisun dynamiikka kautta kaksijakoisuus kokonaisuus yhtenäinen ilme paljastaa kuinka genominlaajuisten ilmentymistä koordinoidaan eri tavalla (kaikki tai ei mitään) soluproliferaatioon (EGR) ja erilaistumista (HRG). Tärkeintä on, käsittelemme läsnäolo kriittisyyden reittinä genomisen siirtymisestä ja sen dynaaminen muutos (dynaaminen kriittisyyden) kollektiiviseen käyttäytymisen mRNA ilmaisun, joka antaa meille ajatuksia herättävä käsityksen ymmärtää, miten solu väestön voi suorittaa vankka dynaaminen ohjaus genominlaajuisten koordinoitu geeniekspressiota lyhyen aikaa, jopa pienet, pakattu ydinvoiman tilaa. Lopuksi puhumme mahdollisesta biofyysisiä alkuperä kriittisyyden päässä conformal siirtymistä genomista DNA, joka ohjaa transkription toimintaa läpi rakenteellinen siirtyminen [26], [27].
Tulokset
Global Genetic Response Led by Ryhmädynamiikka geenien: Dynamic Emergent Keskiarvon käyttäytymistä (DEABs) B
Tutkimme koko transcriptome aktiivisuutta MCF-7 syöpäsolujen stimuloida HRG-beta ja EGF 18 ajankohtina (
t
= 0, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 [min], 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24, 36, 48,
t
T
= 72 [h]), ja piti ilmaisua kaikkien koettimien (
N
= 22035; Gene Expression Omnibus tietokannan ID: GSE13009; katso menetelmät) kullekin geenin tai avoimen lukukehyksen (ORF) mikrosirulähestymistavassa data; kutsumme tällaista koettimet ”mRNA: n ekspression”, joka sisältää geenien ilmentymistä sekä ilmentymisen varianttien mRNA. Kaksi ligandeja, EGF ja HRG, aktivoi erbB-perheen reseptoreita tuottaa erillisiä solukohtaloina (solun erilaistumista ja lisääntymistä, vastaavasti) aiheuttamalla eri signaali kestot joka johtaa ligandin erityinen kaksivaiheisesti tuotanto c-Fos proteiineja jälkeen 20 min. EGF provosoi ohimenevä ERK aktivointia, kun HRG indusoi jatkuvaa ERK aktivoinnin aiheuttaen kaikki tai ei mitään (eli kaikki HRG eikä kukaan EGR) vasteet fosforyloidun transkriptiotekijän c-Fos [23], [25].
selvittämään, onko näiden kahden ligandit voivat aiheuttaa erillisiä genomista toimintaa paremmin ymmärtämään transcriptome ilmaisun dynamiikka, me ryhmitelty mRNA ilmaisun mukaan keskihajonta ajasta riippuvaa vaihtelua lauseke (
tehollisarvo vaihtelu
:
rmsf
) kaikkien koettimien ilman suodatusta alkuperäisen datan (katso menetelmät). Koska ryhmäkoko (
n
= 1, 100, 200, 300) lisääntynyt, epälineaarinen korrelaatio ilmestyi hajallaan olevia hetkellä
t
, jossa vaihtelu ryhmien näistä asymptoottinen korrelaatioita alennetaan koska ryhmittely koko
n
kasvanut [19]. Dynaaminen uutena keskiarvon (kollektiivinen) käyttäytyminen (DEABs) havaittiin vuonna profiilia
rmsf
vastaan logaritmin mRNA ilmaisun,
rmsf
versus
ln
(
ε
(
t
i
)) (Kuvio 1A) tai
rmsf
vastaan ajallinen muutos logaritmi mRNA ilmaisun,
rmsf
versus
ln
(
ε
(
t
i
) /
ε
(
t
i
-1)) (Kuvio 1 B), jossa kiinnikkeet, , Merkitään ensemble /ryhmän keskiarvon, ja
ε
(
t
i
) heijastaa mRNA: n ilmentymisen ajankohtana
t
i
(
i =
0,1,., 17). Tästä eteenpäin viitataan logaritmiin mRNA: n ilmentymisen ja ajallisen muutoksen logaritmi mRNA ilmaisun kuin
ilmaisun
ja
ilmaisua muutos
, vastaavasti.
DEAB ilmaisun
hetkellä
t
(kuvio 1A) paljasti epälineaarinen korrelaatio ryhmään perustuen keskiarvoihin ilmaisun ja
rmsf
tiettyyn aikaan piste. Kun vertaamme DEAB ilmaisun eri ajankohtina, koordinoitu liike kokonaisuus mRNA ilmaisun epäilyjä asteen mukaisesti (eli keskihajonta) ajallista vaihtelua mRNA ilmaisun (ts
rmsf
). Kuviossa 1A, DEABs ilmaisun kolmena ajankohtana (10, 15, ja 20 min) osoittavat selvästi eroa EGF ja HRG: EGR induktio, ne menevät päällekkäin, ilman havaittavaa muutosta, kun taas HRG induktio, joissakin ryhmissä (
rmsf
0,42) erilliset rinteitä nähtiin kolmena ajankohtana, ja erityisen jyrkkä muutos negatiivisesta nouseva nähtiin 15 min ja 20 min, kun taas ei tapahtunut muutoksia muissa ryhmissä (
rmsf
0,42). Siten DEAB ilmaisun, näyttää olevan dynaamisia ja staattisia kokonaisuuksista mRNA ilmaisun; tiukempi määritelmä ilmaisun kokoonpanoille on esitetty seuraavassa jaksossa.
Toisaalta,
DEAB ilmaisun muutoksen
havaitaan merkittävä muutos ajan eri ajankohtina (kuvio 1 B) , josta ilmenee, mitkä ryhmät ovat ylä- tai alassäädetty koordinoidusti. Kuten kuviossa 1B, kaikki tai ei mitään vastetta näkyy myös säätelyyn mRNA ilmaisun; EGR vastaus, DEABs ovat lähes tasapainossa (eli lähes nolla keskimääräinen muutos ilmaus), kun taas HRG vastaus, sillä
rmsf
0,42, vastaava DEAB havaitaan merkittävä muutos alassäätöä (10-15 min) ylössäätöä (15-20 min). Sen sijaan DEAB for
rmsf
0,42 muuttunut lähes tasapainossa tai jopa-asetuksen alassäätöä. Siten HRG vaste, dynaamisia muutoksia DEABs sekä ilmentymisen (kuvio 1A) ja ilmaisu muutos (kuvio 1 B) olivat yhdenmukaisia
rmsf
0,42, kun taas muutokset vastakkaisiin suuntiin nähtiin
rmsf
0,42. Nämä ajalliset muutokset DEAB ilmaisun ja ilmaisun muutos käsitellään itsenäisinä yhtenäinen ilme dynamiikkaa.
Seuraavaksi tutkimme frekvenssijakaumat mRNA ilmaisun mukaan DEAB ymmärtää biofysikaalisten ilmiöiden taustalla olevia geeniekspressiota dynamiikka . Profiilit, jotka sisältävät tuhansia mRNA voi antaa tietoja biofyysisestä lakien taustalla mRNA ilmaisun dynamiikka, kuten Gaussin jakauma Brownin dynamiikan ja teho-lain käyttäytyminen mittakaavasta vuorovaikutus. Lisäksi muutokset profiileja, esimerkiksi muutos yksihuippuinen ja bimodaalinen, voi paljastaa joitakin kriittisiä ilmiöitä [28] – [30].
Kuviossa 2 frekvenssihistogrammien ilmaisun (15-20 min) muutos unimodaaliseksi (
rmsf
0,42) ja bimodaalis- (
rmsf
0,42) sekä EGR ja HRG ensemble ryhmiä. Mielenkiintoista on, että HRG vastaus, taajuus jakaumat
rmsf
0,42 15 min ja 20 min eivät ole päällekkäisiä; profiilia muuttaa muotoaan kanssa siirtymän huippu
ln
(
ε
(15 min)) = 1,8
ln
(
ε
( 20 min)) = 2, jota kutsutaan
yksihuippuisia shift
. Muussa tapauksessa jakaumien 15 min ja 20 min lähes päällekkäin.
profiilit frekvenssijakautuman lausekkeen (
ln
(
ε
(
t
))) 15 min 20 min muutos yksihuippuisesta ja bimodaalisen A) korkean varianssin lauseke (root mean square vaihtelu,
rmsf
0,42) ja B) alhaisen varianssi lauseke (
rmsf
0,42). Ensimmäinen rivi: HRG vastaus
rmsf
0,42 on piikki-shift of yksihuippuisesta profiileja
t =
15 min (sininen histogrammi) ja
t
= 20 min (punainen), jossa on muutos pienemmistä suurempiin lausekkeen arvo, kun taas binominaalinen frekvenssijakaumien 15 min (sininen polygonaalinen viiva) ja 20 min (punainen histogrammi) lähes täydellisesti päällekkäin varten
rmsf
0,42. Toinen rivi: EGR vastaus osoittaa lähes täydellinen päällekkäisyys profiilien sekä yksihuippuisesta (
rmsf
0,42) ja bimodaalisen (
rmsf
0,42) jakaumat, mikä viittaa siihen, ettei ajallinen keskiarvoja vastaus, sopusoinnussa DEAB ilmaisun EGR vaste (kuvio 1A). Kaikille histogrammit tässä raportissa, bin koko on asetettu 0,05.
DEABs osoitti genominlaajuisten dynaaminen korrelaatioita sekä ilmaisun ja ilmaisun muutoksen. Tulokset koko transcriptome analyysi viittaa siihen, että läsnä on joukko rajoituksia, jotka mahdollistavat genomin toimimaan yhtenäisenä /koordinoitu järjestelmä. Tarkastelemme nyt biofyysisten merkitys dynaamisen liikkeen DEABs ilmaisun, joka on liitetty muutos unimodaaliseksi on bimodaalinen frekvenssijakaumaa.
kaksijakoisuus yhtenäinen Expression valtioiden DEAB of Expression: Tyypillinen Expression Verkkotunnukset paljastui
ymmärtää, miten globaalia vastausta syntyy ja sitten valottaa sen perusperiaatteena, meidän on ymmärrettävä, miten geenien ilmentyminen on itse järjestettävä genomin laajuisesti. Käytimme tiheys analyysi visualisoida dynamiikan ylä- tai alassäätöä eri ajankohtina. Tiheys analyysi kasautumiseen meluisa geenien ilmentyminen profiilit on osoitettu olevan vankka [31]. Me soveltaa Gaussin ydin kuin tiheys analyysi tilan virittämä ilmaisu verrattuna muutos ilmaisun ( ”sääntelyalue ’). Koska dramaattisin vasteen välillä havaittiin 15 min ja 20 min, tässä osiossa keskitytään analysointiin dynamiikkaa mRNA ilmaisun DEABs ilmaisun 15 vuodesta 20 min.
Koska lausekkeen arvo aika
t
(
t
= 15 min tai 20 min), sääntely tila näyttää, onko mRNA: n ilmentymisen ajankohtana
t
on säädelty, alassäädetty tai tasapainotettu Tämä jakso. Mielenkiintoista, jos arvioimme todennäköisyystiheysfunktion (pdf) varten sääntely tilaa ja ottaa tiheysfunktio on z-akselin, pseudo-3-ulotteinen-tontti näyttää mäki kaltaisia toimintoja paljastaa tiheyden maisemaa ( ”geneettinen maisema” ) ilmentymisen dynamiikkaa (kuvio 3). Vuonna HRG Vastauksena on kaksi mäki kaltaisia toimintoja kunakin ajankohtana; jos päällekkäin geneettisen maiseman välillä 15 min ja 20 min, näemme kolme riippumatonta mäki kaltaisia toimintoja
rmsf
0,42 (
n
= 3269 mRNA: t): kaksi erillistä mäki kaltaista toiminnot kunakin ajankohtana ja joka johtuu päällekkäisyyttä kahden ajallisesti (melkein) invariant mäki kaltaisia toimintoja. Sen sijaan EGR vastaus (
rmsf
0,42;
n
= 1482), yksi mäki kaltainen toiminto ei näytä ilmeisen ajallista muutosta. Täten ylä- tai alassäädetty mRNA ilmaisuja muodostavat ylä- tai alassäädetty mäet maisemaan ja niiden dynaamiset muutokset heijastavat yhtenäisen ilme käyttäytymistä tuhansien mRNA: iden; mäki kaltainen toiminto geneettinen maisemaa pidetään johdonmukaisesti lauseke tila (CES). Edelleen vahvistaa olemassa CES, olemme analysoineet dynaaminen liike Cess (seuraava kappale).
Tontit yksittäisten mRNA ilmaisun
rmsf
0,42 (sininen piste: 15 min ja red dot: 20 min) päällekkäin vasemman paneelin (ensimmäinen rivi: 3269 ilmaisuja HRG, toinen rivi: 1482 EGR). Oikeassa paneelissa, tiheysfunktio (PDF) käyttäen Gaussin ydintä Mathematica 9 (oletusasetus) kunkin kohdan (vasen paneeli) paljastaa mäki kaltaisia toimintoja pseudo-3-ulotteinen avaruus (geneettinen maisema, z-akseli: todennäköisyyden tiheys). Päällekkäin geneettisen maiseman välillä
t
i-
1 = 15 min ja
t
i
= 20 min – ensimmäinen rivi: HRG vastaus on kolme Cess ; kaksi riippumatonta Cess plus yksi CES, joka johtuu siitä, että päällekkäisyys Cess välillä 15 min (tummempi väri) ja 20 min (vaaleampi väri) noin nolla muutos ilmentymisen y-akselilla; Toinen rivi: EGR vastaus on yksi CES koska päällekkäisyys kahden Cess noin nolla muutos ilmaisun. Legenda näyttää kevyempi (tummempi) väri bar 20 min (15 min) ja PDF.
Tutkimme muodostumista CES DEAB ilmaisun kannalta vähitellen muutoksen segmentti tietyllä alueella
rmsf
(
v
rmsf
v
+
r
), jossa alueella
r
on asetettu 0,4, niin että se sisältää ilmentymistä tuhansien mRNA: iden, ja
v
on muuttuja
rmsf
. Kuviossa 4, kolme segmenttiä
rmsf
että HRG vasteen kuvaavat puhkeamista haarautumiskohdan CES aikana 15-20 min, jossa uusi CES halkaistu segmentin noin 0,21
rmsf
0,61. Samanlainen puhkeamista kaksijakoisuus CES segmenttitasoisesti noin 0,16
rmsf
0,56 havaittiin EGF vastetta (tietoja ei esitetä). Haarautumiskohdan kaaviot Cess funktiona
v
vastaan mRNA: n ilmentymisen (
haarautumiskohdan kaavio ilmaisu
) tai muutoksen ilmaisu (
haarautumiskohdan kaavio ilmaisun muutoksen
) saatiin jäljittämällä kantoja kukkuloilla Cess (kuva 5). Cess ovat toimintoja ekspressiotason ja ilmaisun toimintaa. Huomaa, että asema kukkulan voi riippua valinnasta ytimen tiheys, mutta kaksijakoisuus ominaisuus ei muutu DEAB.
puhkeaminen haarautumiskohdan uuden CES koska kasvu mäen kaltainen toiminto on näytetty. Ensimmäisellä rivillä, profiilia taajuusjakaumaa ilmaisun muuttuu yksihuippuisesta (0,26
rmsf
0,66, vasen) bimodaalinen (0,17
rmsf
0,57; oikea) kautta litistetty yksihuippuisesta profiilin (0,22
rmsf
0,62, keskellä). Geneettinen maisema (toinen rivi) 15-20 min kunkin alueen
rmsf
osoittaa, että puhkeamista kaksijakoisuus CES muuttuu välillä unimodaaliseksi ja bimodaalisen profiilin; punainen nuoli (toinen rivi) osoittaa muodostumista CES ja sininen nuoli muodostumista laaksossa, joka aiheuttaa alhaisen-lauseke tila (LES). Huiput bimodaalisen taajuus jakelu samaan aikaan tihein Cess noin
ln
(
ε
)
=
1,7 ja 2,2 (musta viiva viivat).
bifurkaatioissa Cess vuonna DEAB ilmaisun 15-20 min kanssa tarkastellaan lisääntyviä muutoksia segmentissä,
v
rmsf
v
+
r,
jatkeeksi kuviossa 4, jossa alue
r
on asetettu 0,4 ja
v
on muuttuja
rmsf
. Kaksijakoisuus kaaviot ilmaisun (
v
vastaan ilmaisu; ensimmäinen rivi) osoitteessa
t
= 20 min, ja ilmaisu muutos (
v
vastaan muutos lauseke 15-20 min, toinen rivi) piirretään HRG (vasen paneeli) ja EGF (oikealla). Kaksijakoisuus kaavio ilmaisun määritellään, että taso
ln
(
ε
) = 2,075 (alempi: matala- ja ylempi: korkea-lauseke) olemassaolon vuoksi laakson, joka erottaa matalan ja korkean Cess (kuvio 6), kun taas kaksijakoisuus kaavio ilmaisun muutoksen näkyy kolme aktiivisuuden tasoa CES: oN (positiivinen muutos ilmaus), EQ (lähelle nollaa) ja OFF (negatiivinen muutos lauseke). Kaksijakoisuus kaaviot osoittavat selvästi erillisiä ominainen ekspressiodomeenit välillä HRG ja EGF: staattinen, kauttakulku ja dynaaminen verkkotunnuksia
rmsf
0,21, 0,21
rmsf
0,42 ja 0,42
rmsf
HRG, ja staattinen ja kauttakulkumaiden verkkotunnuksia
rmsf
0,16 ja 0,16
rmsf
EGR (lisätietoja ensimmäisen varsinainen teksti).
Mitä ilmentymistason olemassaolo laaksossa maiseman kahden kukkuloiden CES erottaa lauseke tasoilla osaksi korkea ja matala,
ln
(
ε
) = 2,075 sekä HRG ja EGF (kuviot 5 ja 6). Lisäksi kaksijakoisuus sääntelyn tilaan paljasti, että CES hallussaan kolme ilmaisu toiminta 15 min ja 20 min: säädelty, alassäädetty ja tasapainotettiin. Ylä- ja alas-asetuksia voidaan katsoa olevan päälle ja pois toiminnan tason verrattuna tasapainotettu (EQ) asetus, jossa hinnat mRNA tuotannon ja hajoaminen ovat lähes tasapainossa. Mielenkiintoista on, että EGF genomista vaste, kaikki Cess ovat EQ tasolla (kuva 5).
Jokainen rivi (A: HRG ja B: EGR) vastaa frekvenssijakaumat mRNA: n ilmentymisen (ensimmäinen) ja geneettinen maisemat (toinen: sivukuva). Vuonna geneettinen maisema, staattisen verkkotunnus laaksossa on ominaista kaksi Cess: A) HES1 (EQ) ja LES1 (OFF) varten
rmsf
0,21; ja B) HES (EQ) ja LES (EQ) ja
rmsf
0,16, kauttakulku- domain on ominaista A) HES1 (EQ) 0,21
rmsf
0,42; ja B) HES (EQ) ja
rmsf
0,16, ja dynaaminen verkkotunnus on ominaista kolme Cess: A) LES2 (ON), HES2 (ON) ja HES1 (EQ) ja
rmsf
0,42, mikä on seurausta päällekkäin geneettisen maiseman välillä 15 min ja 20 min (oikea paneeli toisella rivillä); valtion siirtyminen tapahtuu alkaen LES2 (ON) 15 min HES2 (ON) 20 min, sopusoinnussa yksihuippuisia siirtyminen taajuuden jakelu (A: ensimmäinen rivi). Punainen nuoli osoittaa laaksoon erottaa matalan ja korkean Cess. Aktiivisuuden tason yhtenäisen ilme (ON, EQ ja OFF) viittaa kuvioon 5.
Mikä tärkeintä, kaksijakoisuus kaaviot (kuvio 5) aikana 15-20 min osoittavat selvästi eroja HRG ja EGR genomista vastauksia; Kolmen ominaisuus verkkotunnuksia HRG vaste voidaan luokitella i)
staattisen verkkotunnus
(
n
= 9059):
rmsf
0,21 kahdella high-ilmentymisen valtioiden (HES1 (EQ) ja HES2 (ON), ii)
kauttakulku verkkotunnuksen
(
n
= 9707): 0,21
rmsf
0,42, joilla on korkea-lauseke tila (HES1 (EQ)), ja iii)
dynaaminen domain
(
n
= 3269):
rmsf
0,42 kanssa korkean ja matalan ilmaisun valtioiden (HES1 (EQ) ja LES1 (OFF)). Sen sijaan EG vastaus ei näytä dynaamista verkkotunnuksen ja vain kaksi domeenit ovat läsnä: i)
staattisen verkkotunnus
(
n
= 7091):
rmsf
0,16 HES (EQ) ja LES (EQ), ja ii)
kauttakulku verkkotunnuksen
(
n
= 14944): 0,16