시간적 피드백

Temporal feedback

분자 및 세포 생물학에서 시간적 피드백(연동 또는 연동 피드백이라고도 함)은 생물학적 규제 모티브로, 빠르고 느린 양의 피드백 루프가 연동되어 "전체 또는 없음" 스위치를 생성한다.이 인터링크를 통해 개별적으로 조정 가능한 활성화 및 비활성화 시간이 생성됩니다.이러한 유형의 피드백은 "전체 또는 없음" 결정이 특정 입력에 대한 필수 응답인 셀룰러 프로세스에서 중요하다고 생각됩니다.유사분열 트리거, 발아 효모의 분극, 포유류의 칼슘 신호 전달, EGF 수용체 시그널링, 혈소판 활성화 및 Xenopus 난모세포 성숙은 상호 연결된 빠르고 느린 다중 양성 피드백 [1]시스템의 예이다.

생물학적 시스템에서 시간적 피드백은 시스템이 등급화된 입력을 결정적, 전부 또는 전혀 없는 디지털 출력으로 변환할 수 있도록 하는 유비쿼터스 신호 변환 모티브입니다.고속 및 저속 피드백 루프가 상호 연결된 시스템은 이중 시간 스위치를 생성합니다. 이중 시간 스위치는 빠르게 유도되며 자극 시 소음에 강합니다.이와는 대조적으로 단일 고속 루프 또는 저속 루프는 스위치 속도와 스위치의 안정성을 개별적으로 담당합니다.컴퓨터 시뮬레이션 연구에 따르면 같은 종류의 2개의 루프를 링크하는 것은 단일 루프를 갖는 것에 비해 전체적인 이점은 없지만 듀얼 루프 스위치는 안정된 상태에서 작동합니다.싱글 루프와 듀얼 루프 모두 쌍안정 [1]스위치로 동작할 수 있습니다.자극에 [2][3]대한 단일 및 이중 양성 피드백 루프 스위치의 반응을 입증하기 위해 여러 계산 모델이 생산되었다.

생물학적 예

전사인자 NF-δB는 신호 전달, 스트레스 반응, 세포 성장 및 세포 자멸에 필수적인 역할을 하는 다양한 유전자를 조절합니다.억제제인 I-γBα, -β, -γ의 분해 및 합성에 의한 NF-γB 활성화의 시간적 제어는 연산 모델링되었다.이 모델은 I-δBα가 강력한 음성 피드백을 초래하여 NF-δB 응답을 빠르게 끌 수 있음을 시사했다.한편, 긴 자극 중의 NF-δB의 진동 전위와 안정성은 I-δBβ와 –[4]θ만큼 감소하는 것으로 나타났다.

사지의 성장과 진행은 독립적 형태소 신호 대신 상호 연결된 피드백 메커니즘을 포함하는 자기 조절적이고 강력한 신호 전달 시스템에 의해 제어된다.사지 봉오리의 형태 형성에 대한 연구는 [5]사지 봉오리의 특정 축에 집중되어 왔다.그러나 편광 활동 구역(ZPA)은 선단 외배엽 융기(AER)의 유지보수가 필요하다는 것은 오랫동안 알려져 왔다.ARE에 대한 ZPA의 의존성은 이들 사이의 연결을 나타냅니다.ARE와 ZPA 간의 상호작용 동안 세 가지 단계가 관찰되었습니다.시작 단계에는 BMP4에 의한 업 레귤레이션에 의해 고속 이니시에이터 루프(~2h 루프 타임)의 Grem1 표현이 포함됩니다.Shh 시그널링은 GREM1 및 AER-FGF와는 독립적으로 활성화된다. 전파 단계에는 사지 봉오리가 발달하는 동안 원위부 진행의 제어가 포함된다.마지막으로 ZPA-SH 시그널링과 Grem1 표현 [5]도메인 간의 갭 확대에 의한 시그널링 시스템의 종료.마우스 사지패터닝에서 빠른 GREM1 모듈을 느린 SSH/FGF 상피-간엽 피드백 [6]루프에 링크함으로써 사지발달을 조절한다.

유기체의 생리와 행동을 조절하는 일주기 리듬은 또한 상호 연결된 피드백 메커니즘의 시스템에 의존합니다.포유동물에서 이 과정은 시상하부에 있는 시상하부상핵(SCN)에 의해 구동되며, Per-Cry와 Clock-Bmal의 2개의 음성 피드백 루프로 구성되어 있다.기간(Per) 및 크립토크롬(Cry) 유전자의 전사는 CLOCK 및 BMAL1이 이량화되어 CREB 결합 단백질(CPB)에 의해 개시되는 프로세스인 E-box 원소에 결합될 때까지 진행되지 않는다.일단 per와 cry의 E-box 요소에 결합되면 mRNA 전사체의 성공적인 생산이 일어나 단백질 PER와 CRE가 합성된다.다음으로 PER과 CALI는 단백질 생성물인 REV-ERB가 Bmal의 전사를 억제하는 유전자 Rev-Erb의 전사를 이량화 및 억제한다.생체 내 BMAL의 억제는 Per-Cry의 트랜스 활성화를 방지하여 24시간 [7]이내에 사이클을 완료한다.

레퍼런스

  1. ^ a b Brandman, Onn; James E. Ferrell Jr; Rong Li; Tobias Meyer (2005). "Interlinked Fast and Slow Positive Feedback Loops Drive Reliable Cell Decisions". Science. 310 (5747): 496–498. Bibcode:2005Sci...310..496B. doi:10.1126/science.1113834. PMC 3175767. PMID 16239477.
  2. ^ Zhang, Xiao-Peng; Zhang Cheng; Feng Liu; Wei Wang (2007). "Linking fast and slow positive feedback loops creates an optimal bistable switch in cell signaling". Phys. Rev. E. 76 (3): 031924. Bibcode:2007PhRvE..76c1924Z. doi:10.1103/physreve.76.031924. PMID 17930288.
  3. ^ Smolen, Paul; Douglas A. Baxter; John H. Byrne (2009). "Interlinked dual-time feedback loops can enhance robustness to stochasticity and persistence of memory". Phys. Rev. E. 79 (3): 031902. arXiv:1208.6050. Bibcode:2009PhRvE..79c1902S. doi:10.1103/physreve.79.031902. PMC 2742492. PMID 19391966.
  4. ^ Hoffmann, Alexander; Andre Levchenko; Martin L. Scott; David Baltimore (2002). "The I B–NF- B Signaling Module: Temporal Control and Selective Gene Activation". Science. 298 (5596): 1241–1245. Bibcode:2002Sci...298.1241H. doi:10.1126/science.1071914. PMID 12424381. S2CID 11834415.
  5. ^ a b Zeller, Rolf; Javier López-Ríos; Aimée Zuniga (2009). "Vertebrate limb bud development: moving towards integrative analysis of organogenesis". Nature Reviews Genetics. 10 (12): 845–858. doi:10.1038/nrg2681. PMID 19920852. S2CID 31202624.
  6. ^ Bénazet, Jean-Denis; Mirko Bischofberger; Eva Tiecke; Alexandre Gonçalves; James Martin; Aimée Zuniga; Felix Naef; Rolf Zeller (2009). "A Self-Regulatory System of Interlinked Signaling Feedback Loops Controls Mouse Limb Patterning". Science. 323 (5917): 1050–3. Bibcode:2009Sci...323.1050B. doi:10.1126/science.1168755. PMID 19229034. S2CID 25309127.
  7. ^ Petrillo, Ezequiel; Sabrina E. Sanchez; Alberto R. Kornblihtt; Marcelo J. Yanovsky (2011). "Alternative Splicing Adds a New Loop to the Circadian Clock" (PDF). Communicative & Integrative Biology. 4:2.