Oscillations in the Expression of a Self-Repressed Gene Induced by a Slow Transcriptional Dynamics
P.-E. Morant, Q. Thommen, F. Lemaire, C. Vandermoere, B. Parent, and M. Lefranc
Physical Review Letters 102, 068104 (2009) [Accès à la revue]
La plupart des modèles mathématiques utilisés pour étudier la dynamique de réseaux de régulation génétique font l'hypothèse que le taux de transcription réagit instantanément à la concentration d'une protéine régulatrice. Or, des expériences récentes ont montré dans certains cas l'existence d'une dynamique transcriptionnelle lente, dont les échelles de temps sont comparables aux autres processus biologiques. Il est donc important de comprendre en quoi cette dynamique transcriptionnelle peut modifier le comportement dynamique d'un circuit génétique. Dans cet article, nous montrons ainsi que des oscillations peuvent être induites dans l'activité d'un gène régulé par sa propre protéine, et mettons en évidence l'interaction entre délai et non-linéarité dans le déclenchement des oscillations. L'expression analytique du seuil d'instabilité nous permet de montrer l'existence d'une résonance telle que la non-linéarité nécessaire pour déclencher les oscillations est minimale lorsque le temps de réponse du gène prend une certaine valeur.
Abstract: We revisit the dynamics of a gene repressed by its own protein in the case where the transcription rate does not adapt instantaneously to protein concentration but is a dynamical variable. We derive analytical criteria for the appearance of sustained oscillations and find that they require degradation mechanisms much less nonlinear than for infinitely fast regulation. Deterministic predictions are confirmed by stochastic simulations of this minimal genetic oscillator.
Thème : Thème 2007-2010 : Voies de signalisation, réseaux de régulation
Equipe : Dynamique des réseaux biologiques (PhLAM)