В молекулярной биологии , ultrasensitivity описывает выходной отклик , который является более чувствительным к изменению стимула , чем гиперболической ответ Михаэлис-Ментно . Сверхчувствительность является одним из биохимических переключателей клеточного цикла и участвует в ряде важных клеточных событий, включая прекращение остановки клеточного цикла G2 в ооцитах Xenopus laevis , стадии, в которую клетка или организм не хотели бы возвращаться. [1]
Сверхчувствительность - это клеточная система, которая запускает переход в другое клеточное состояние. [2] Сверхчувствительность дает слабую реакцию на первый входной сигнал, но увеличение входного сигнала дает все более и более высокие уровни выходного сигнала. Это действует для фильтрации шума, так как для триггера необходимы небольшие стимулы и пороговые концентрации стимула (входной сигнал), что позволяет системе быстро активироваться. [3] Сверхчувствительные ответы представлены сигмоидальными графиками, которые напоминают кооперативность . Количественная оценка сверхчувствительности часто выполняется приблизительно по уравнению Хилла :
Где коэффициент Хилла (n) может представлять собой количественную меру сверхчувствительного отклика. [4]
Историческое развитие
Сверхчувствительность нулевого порядка была впервые описана Альбертом Голдбетером и Дэниелом Кошландом- младшим в 1981 году в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences . [5] Они показали, используя математическое моделирование, что модификация ферментов, действующих вне кинетики первого порядка, требует лишь небольших изменений концентрации эффектора, чтобы произвести большие изменения в количестве модифицированного белка. Эта амплификация обеспечивала дополнительную чувствительность в биологическом контроле и подразумевала важность этого для многих биологических систем.
Многие биологические процессы являются бинарными (ВКЛ-ВЫКЛ), такие как решения клеточной судьбы, [6] метаболические состояния и сигнальные пути. Сверхчувствительность - это переключатель, который помогает принимать решения в таких биологических процессах. [7] Например, в процессе апоптоза модель показала, что положительная обратная связь ингибирования каспазы 3 (Casp3) и Casp9 ингибиторами апоптоза может вызвать сверхчувствительность (бистабильность). Эта положительная обратная связь взаимодействует с Casp3-опосредованным расщеплением по обратной связи Casp9, вызывая необратимость активации каспазы (включение), что приводит к апоптозу клеток. [8] Другая модель также показала аналогичные, но разные контроли положительной обратной связи в белках семейства Bcl-2 в процессе апоптоза. [9]
Недавно Jeyeraman et al. предложили, что явление сверхчувствительности может быть дополнительно подразделено на три подрежима, разделенных пороговыми значениями резких стимулов: ВЫКЛ, ВЫКЛ-ВКЛ-ВЫКЛ и ВКЛ. Основываясь на своей модели, они предположили, что этот подрежим сверхчувствительности, OFF-ON-OFF, подобен переключателю адаптации, которая может быть достигнута путем однонаправленного связывания циклов N-фосфорилирования-дефосфорилирования, без каких-либо явных петель обратной связи. [10]
В другой недавней работе подчеркивается, что не только топология сетей важна для создания ответов сверхчувствительности, но и что их состав (ферменты против факторов транскрипции) сильно влияет на то, будут ли они проявлять устойчивую сверхчувствительность. Математическое моделирование предполагает, что для широкого спектра сетевых топологий комбинация ферментов и факторов транскрипции имеет тенденцию обеспечивать более устойчивую сверхчувствительность, чем та, которая наблюдается в сетях, полностью состоящих из факторов транскрипции или полностью состоящих из ферментов. [11]
Механизмы
Сверхчувствительность можно достичь с помощью нескольких механизмов:
- Многоступенчатые механизмы (примеры: кооперативность) [12] и многоузловое фосфорилирование [13]
- Буферные механизмы (примеры: ложные сайты фосфорилирования) [14] или стехиометрические ингибиторы [15]
- Изменения локализации (например, перемещение через ядерную оболочку)
- Механизмы насыщения (также известные как сверхчувствительность нулевого порядка) [16]
- Положительный отзыв [17]
- Алловалентность
- Сверхчувствительность ненулевого порядка в мембранных белках
- Диссипативная аллостерия
Многоступенчатые механизмы
Многоступенчатая сверхчувствительность возникает, когда один эффектор воздействует на несколько ступеней каскада. [18] Последовательные каскадные сигналы могут привести к более высокому уровню шума, вносимого в сигнал, который может мешать окончательному выходу. Это особенно актуально для больших каскадов, таких как жгутиковая регуляторная система, в которой сигнал главного регулятора передается через множество промежуточных регуляторов перед активацией транскрипции. [19] Сверхчувствительность каскада может уменьшить шум и, следовательно, требует меньшего входного сигнала для активации. [12] Кроме того, множественные события фосфорилирования являются примером сверхчувствительности. Недавнее моделирование показало, что множественные сайты фосфорилирования на мембранных белках могут служить для локального насыщения активности фермента. Белки на мембране значительно уменьшены в подвижности по сравнению с белками в цитоплазме, это означает, что связанный с мембраной фермент, действующий на мембранный белок, будет дольше диффундировать. С добавлением нескольких сайтов фосфорилирования на мембранном субстрате фермент может - за счет комбинации повышенной локальной концентрации фермента и увеличения субстратов - быстро достичь насыщения. [20]
Механизмы буферизации
Механизмы буферизации, такие как молекулярное титрование, могут вызывать сверхчувствительность. In vitro это можно наблюдать по простому механизму:
Когда мономерная форма A активна и может быть инактивирована путем связывания B с образованием гетеродимера AB. Когда концентрация (= [B] + [AB]) намного больше, чем , эта система имеет порог, определяемый концентрацией . [21] При концентрациях (= [A] + [AB]), ниже, чем , B действует как буфер для освобождения A, и почти все A будут найдены как AB. Однако в точке эквивалентности, когда ≈ , больше не может буферизировать увеличение , поэтому небольшое увеличение вызывает большое увеличение A. [22] Сила сверхчувствительности [A] к изменениям в определяется /. [22] Сверхчувствительность возникает, когда это отношение больше единицы, и увеличивается по мере увеличения отношения. Выше точки эквивалентностии A снова линейно связаны. In vivo синтез A и B, а также деградация всех трех компонентов затрудняет получение сверхчувствительности. Если скорости синтеза A и B равны, эта система все еще проявляет сверхчувствительность в точке эквивалентности. [22]
Одним из примеров механизма буферизации является секвестрация белка, которая является обычным механизмом, обнаруживаемым в сигнальных и регуляторных сетях. [23] В 2009 году Бюхлер и Кросс построили синтетическую генетическую сеть, которая регулируется секвестрацией белка активатора транскрипции доминантно-отрицательным ингибитором. Они показали, что эта система приводит к гибкому сверхчувствительному ответу в экспрессии генов. Он гибок в том, что степень сверхчувствительности может быть изменена путем изменения уровней экспрессии доминантно-отрицательного ингибитора. На рисунке 1 в их статье показано, как активный фактор транскрипции может быть изолирован ингибитором в неактивный комплекс AB, который не может связывать ДНК. Этот тип механизма приводит к ответу «все или ничего», или сверхчувствительности, когда концентрация регуляторного белка увеличивается до точки истощения ингибитора. Устойчивая буферизация против ответа существует ниже этого порога концентрации, и когда он достигается, любое небольшое увеличение входного сигнала усиливается в большое изменение выходного сигнала. [ необходима цитата ]
Изменения в локализации
Перемещение
Передача сигналов регулируется по-разному, и одним из них является транслокация. Регулируемая транслокация вызывает сверхчувствительный ответ в основном тремя способами:
- Регулируемая транслокация увеличивает локальную концентрацию сигнального белка. Когда концентрация сигнального белка достаточно высока, чтобы частично насытить фермент, который его инактивирует, возникает сверхчувствительный ответ.
- Транслокация нескольких компонентов сигнального каскада, где стимул (входной сигнал) вызывает перемещение сигнального белка и его активатора в один и тот же субклеточный компартмент и тем самым генерирует сверхчувствительный ответ, который увеличивает скорость и точность сигнала.
- Перемещение в компартмент, содержащий стехиометрические ингибиторы. [4]
Транслокация - это один из способов регуляции передачи сигнала, и он может генерировать сверхчувствительные отклики, подобные переключателям, или механизмы многоступенчатой обратной связи. Ответ, подобный переключателю, будет происходить, если транслокация увеличивает локальную концентрацию сигнального белка. Например, рецепторы эпидермального фактора роста (EGF) могут быть интернализованы посредством клатриннезависимого эндоцитоза (CIE) и / или клатрин-зависимого эндоцитоза (CDE) зависимым от концентрации лиганда образом. Было показано, что распределение рецепторов по двум путям зависит от концентрации EGF. В присутствии низких концентраций EGF рецептор интернализовался исключительно через CDE, тогда как при высоких концентрациях рецепторы равномерно распределялись между CDE и CIE. [4] [24]
Механизмы насыщения (сверхчувствительность нулевого порядка)
Сверхчувствительность нулевого порядка имеет место в условиях насыщения. [25] Например, рассмотрим ферментативный этап с киназой, фосфатазой и субстратом. Уровни устойчивого состояния фосфорилированного субстрата имеют сверхчувствительный ответ, когда субстрата достаточно для насыщения всех доступных киназ и фосфатаз. [25] [26] В этих условиях небольшие изменения в соотношении активности киназы и фосфатазы могут резко изменить количество фосфорилированного субстрата (график, иллюстрирующий это поведение, см. [5] ). Это повышение чувствительности устойчивого фосфорилированного субстрата к Km или отношению активности киназы к фосфатазе называется нулевым порядком, чтобы отличить его от поведения первого порядка, описываемого динамикой Михаэлиса-Ментен, когда концентрация в устойчивом состоянии реагирует более постепенно, чем поведение переключателя, проявляющееся в сверхчувствительности. [18]
Используя обозначения Goldbeter & Koshland, [5] пусть W будет определенным белком-субстратом и пусть W 'будет ковалентно модифицированной версией W. Превращение W в W' катализируется некоторым ферментом. и обратное превращение W 'в W катализируется вторым ферментом в соответствии со следующими уравнениями:
Предполагается, что концентрации всех необходимых компонентов (таких как АТФ) постоянны и представлены в кинетических константах. Используя приведенные выше химические уравнения, уравнения скорости реакции для каждого компонента следующие:
Общая концентрация каждого компонента определяется как:
Механизм нулевого порядка предполагает, что или же . Другими словами, система находится в устойчивом состоянии Михаэлиса-Ментен, что означает, в хорошем приближении, а также постоянны. Из этих кинетических выражений можно найти в установившемся состоянии, определяющем а также
где а также
Когда график зависимости от молярного отношения а также видно, что преобразование W в W 'происходит при гораздо меньшем изменении соотношение, чем это было бы в условиях первого порядка (ненасыщения), что является контрольным признаком сверхчувствительности.
Положительный отзыв
Положительные петли обратной связи могут вызывать сверхчувствительные реакции. Примером этого является транскрипция определенных эукариотических генов, в которых некооперативное связывание факторов транскрипции изменяет петли положительной обратной связи модификации гистонов, что приводит к сверхчувствительной активации транскрипции. Связывание фактора транскрипции задействует гистоновые ацетилтрансферазы и метилтрансферазы. Ацетилирование и метилирование гистонов привлекает больше ацетилтрансфераз и метилтрансфераз, что приводит к положительной петле обратной связи. В конечном итоге это приводит к активации транскрипции. [17]
Кроме того, положительная обратная связь может вызвать бистабильность в циклине В1 - два регуляторов Wee1 и cdc25C, что приводит к решению клетки совершить митоз. Система не может быть стабильной при промежуточных уровнях циклина B1, и переход между двумя стабильными состояниями является резким, когда повышение уровней циклина B1 переключает систему с низкой на высокую активность. Имея гистерезис , для разных уровней Cyclin B1 переключение с низкого на высокое и высокого на низкое состояния различается. [27] Однако на появление бистабильной системы сильно влияет чувствительность ее петель обратной связи. В экстрактах яиц Xenopus было показано, что гиперфосфорилирование Cdc25C является сверхчувствительной функцией активности Cdk, демонстрируя высокое значение коэффициента Хилла (приблизительно 11) и стадии дефосфорилирования Ser 287 в Cdc25C (также участвующем в активации Cdc25C). еще более сверхчувствителен, показывая коэффициент Хилла приблизительно 32. [28]
Алловалентность
Предлагаемый механизм сверхчувствительности, называемый алловалентностью, предполагает, что активность «происходит из высокой локальной концентрации сайтов взаимодействия, движущихся независимо друг от друга» [29]. Алловалентность была впервые предложена, когда считалось, что она возникает в пути, по которому деградирует Sic1. для того, чтобы Cdk1 -Clb ( циклины B-типа ) позволил вступить в митоз. Sic1 должен быть фосфорилирован несколько раз, чтобы он распознавался и расщеплялся Cdc4 комплекса SCF . [30] Поскольку Cdc4 имеет только один сайт узнавания для этих фосфорилированных остатков, было высказано предположение, что по мере увеличения количества фосфорилирования оно экспоненциально увеличивает вероятность того, что Sic1 распознается и деградирует с помощью Cdc4. Считалось, что этот тип взаимодействия относительно невосприимчив к потере какого-либо одного сайта и легко настраивается на любой заданный порог путем настройки свойств отдельных сайтов. Предположения о механизме алловалентности были основаны на общей математической модели, которая описывает взаимодействие между поливалентным неупорядоченным лигандом и единственным рецепторным сайтом [29]. Позже было обнаружено, что сверхчувствительность на уровнях Cdk1 дегрегацией Sic1 на самом деле обусловлена положительным Обратная связь. [31]
Сверхчувствительность ненулевого порядка в мембранных белках
Моделирование Душек и др. [32] предлагает возможный механизм сверхчувствительности вне режима нулевого порядка. В случае мембраносвязанных ферментов, действующих на мембраносвязанные субстраты с множеством ферментативных участков (таких как тирозин-фосфорилированные рецепторы, такие как рецептор Т-клеток), можно было наблюдать сверхчувствительные ответы, в решающей степени зависящие от трех факторов: 1) ограниченная диффузия в мембрана, 2) множественные сайты связывания на субстрате и 3) кратковременная ферментативная инактивация после катализа.
В этих конкретных условиях, хотя фермент может находиться в избытке по отношению к субстрату (режим первого порядка), фермент эффективно локально насыщается субстратом из-за множества сайтов связывания, что приводит к переключающимся ответам. Этот механизм сверхчувствительности не зависит от концентрации фермента, однако сигнал значительно усиливается в зависимости от количества сайтов связывания на субстрате. [32] Оба условных фактора (ограниченная диффузия и инактивация) физиологически правдоподобны, но еще не подтверждены экспериментально. Моделирование Душека обнаружило увеличение числа кооперативности Хилла с большим количеством сайтов субстрата (сайтов фосфорилирования) и с большим пространственным / диффузионным препятствием между ферментом и субстратом. Этот механизм сверхчувствительности, основанный на локальном насыщении ферментов, частично возникает из-за пассивных свойств медленной мембранной диффузии и поэтому может быть широко применим.
Диссипативная аллостерия
Было предложено, что бактериальный жгутиковый мотор следует диссипативной аллостерической модели, где сверхчувствительность возникает как комбинация сродства связывания с белками и энергетических вкладов протонной движущей силы (см. Жгутиковые моторы и хемотаксис ниже).
Влияние компонентов выше и ниже по потоку на сверхчувствительность модуля
В живой клетке сверхчувствительные модули встроены в более крупную сеть с вышестоящими и последующими компонентами. Эти компоненты могут ограничивать диапазон входов, которые модуль будет получать, а также диапазон выходов модуля, которые сеть сможет обнаружить. Altszyler et al. (2014) [33] изучали, как эти ограничения влияют на эффективную сверхчувствительность модульной системы. Они обнаружили, что для некоторых сверхчувствительных мотивов ограничения динамического диапазона, налагаемые нижестоящими компонентами, могут создавать эффективную чувствительность, намного большую, чем у исходного модуля, если рассматривать их изолированно.
Коэффициент холма
Сверхчувствительное поведение обычно представлено сигмоидальной кривой в виде небольших изменений стимула. может вызвать большие изменения в ответе . Одним из таких соотношений является уравнение Хилла :
где - коэффициент Хилла, который количественно определяет крутизну сигмоидальной кривой «стимул-ответ» и, следовательно, является параметром чувствительности. Он часто используется для оценки кооперативности системы. Коэффициент Хилла больше единицы указывает на положительную кооперативность и, таким образом, система проявляет сверхчувствительность. [34] Системы с коэффициентом Хилла 1 не сотрудничают и следуют классической кинетике Михаэлиса-Ментен. Ферменты, проявляющие некооперативную активность, представлены гиперболическими кривыми стимул / ответ по сравнению с сигмоидальными кривыми для кооперативных (сверхчувствительных) ферментов. [35] При передаче сигналов митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) (см. Пример ниже) сверхчувствительность передачи сигналов поддерживается сигмоидальной кривой стимул / ответ, которая сопоставима с ферментом с коэффициентом Хилла 4,0-5,0. Это даже более чувствительно к кооперативной связывающей активности гемоглобина, который имеет коэффициент Хилла 2,8. [35]
Расчет
С эксплуатационной точки зрения коэффициент Хилла можно рассчитать как:
- .
где а также - входные значения, необходимые для получения 10% и 90% максимального отклика соответственно.
Коэффициент отклика
Показатели глобальной чувствительности, такие как коэффициент Хилла, не характеризуют локальное поведение s-образных кривых. Вместо этого эти особенности хорошо отражаются мерой коэффициента отклика [36], определяемой как:
Связь между коэффициентом Хилла и коэффициентом отклика
Altszyler et al. (2017) показали, что эти меры сверхчувствительности могут быть связаны следующим уравнением: [37]
где обозначает среднее значение переменной x в диапазоне [a, b].
Сверхчувствительность в функциональном составе
Рассмотрим два связанных сверхчувствительных модуля, не принимая во внимание эффекты связывания молекулярных компонентов между слоями. В этом случае выражение для кривой доза-ответ системы,, является результатом математической композиции функций, , которые описывают отношения ввода / вывода изолированных модулей :
Brown et al. (1997) [38] показали, что локальная сверхчувствительность различных слоев мультипликативно комбинируется:
- .
В связи с этим результатом Ferrell et al. (1997) [39] показали для модулей типа Хилла, что общая глобальная сверхчувствительность каскада должна быть меньше или равна произведению глобальных оценок сверхчувствительности каждого слоя каскада,
- ,
где а также - коэффициент Хилла модулей 1 и 2 соответственно.
Altszyler et al. (2017) [37] показали, что глобальную сверхчувствительность каскада можно вычислить аналитически:
где а также ограничил рабочий диапазон входных данных Хилла составной системы, т. е. входные значения для i-слоя так, чтобы последний слой (соответствующий в данном случае) достиг 10% и 90% от максимального уровня выпуска. Из этого уравнения следовало, что коэффициент Хилла системы может быть записано как произведение двух факторов, а также , который характеризует локальную среднюю чувствительность по соответствующей входной области для каждого слоя: , с участием в таком случае.
Для более общего случая каскада модулей, коэффициент Хилла можно выразить как:
- ,
Супрамультипликативность
Несколько авторов сообщили о существовании супрамультипликативного поведения в сигнальных каскадах [40] [33] (т.е. сверхчувствительность комбинации слоев выше, чем произведение индивидуальных сверхчувствительности), но во многих случаях окончательное происхождение супрамультипликативности оставалось неуловимым. Altszyler et al. (2017) [37] естественно предложили общий сценарий, в котором может иметь место супрамультипликативное поведение. Это могло произойти, когда для данного модуля соответствующий входной рабочий диапазон Хилла был расположен во входной области с локальной сверхчувствительностью выше, чем общая сверхчувствительность соответствующей кривой доза-реакция.
Роль в клеточных процессах
Сигнальный каскад MAP-киназы
Повсеместно распространенный сигнальный мотив, который проявляет сверхчувствительность, - это каскад MAPK ( митоген-активируемая протеинкиназа ), который может принимать ступенчатый входной сигнал и производить выходной сигнал, подобный переключателю, например транскрипцию гена или прогрессирование клеточного цикла . В этом общем мотиве MAPK активируется более ранней киназой в каскаде, называемой киназой MAPK или MAPKK. Точно так же MAPKK активируется киназой MAPKK или MAPKKK. Эти киназы последовательно фосфорилируются при активации MAPKKK, обычно через сигнал, полученный мембранно-связанным рецепторным белком. MAPKKK активирует MAPKK, а MAPKK активирует MAPK. [35] Сверхчувствительность возникает в этой системе из-за нескольких особенностей:
- MAPK и MAPKK требуют активации двух отдельных событий фосфорилирования.
- Обращение фосфорилирования MAPK специфическими фосфатазами требует увеличения концентрации сигналов активации от каждой предшествующей киназы для достижения выхода такой же величины.
- MAPKK находится в концентрации выше K М для его специфической фосфатазы и МАРК находится в концентрации выше K М для MAPKK.
Помимо каскада MAPK, сверхчувствительность также отмечалась при гликолизе мышц, фосфорилировании изоцитратдегидрогеназы и активации кальмодулин-зависимой протеинкиназы II (CAMKII). [34]
Сверхчувствительный переключатель был разработан путем объединения простого линейного сигнального белка (N-WASP) с одним-пятью модулями взаимодействия SH3, которые обладают аутоингибирующими и кооперативными свойствами. Добавление одного модуля SH3 создавало переключатель, который линейно активируется экзогенным SH3-связывающим пептидом. Увеличение количества доменов увеличивает сверхчувствительность. Конструкция с тремя модулями SH3 была активирована с кажущимся коэффициентом Хилла 2,7, а конструкция с пятью модулями SH3 была активирована с кажущимся коэффициентом Хилла 3,9. [41]
Перемещение
Во время фазы G2 клеточного цикла Cdk1 и циклин B1 образуют комплекс и образуют фактор, способствующий созреванию (MPF). Комплекс накапливается в ядре из-за фосфорилирования циклина B1 по нескольким сайтам, что ингибирует ядерный экспорт комплекса. Фосфорилирование Thr19 и Tyr15 остатков Cdk1 по Wee1 и MYT1 сохраняет сложную неактивный и ингибирует вход в митозе , тогда как дефосфорилирование Cdk1 по cdc25C фосфатазы в Thr19 и Tyr15 остатков, активирует комплекс , который необходим для того , чтобы войти в митоз. Cdc25C фосфатаза присутствует в цитоплазме и в поздней фазе G2 перемещается в ядро посредством передачи сигналов, таких как PIK1, [42] PIK3. [43] Регулируемая транслокация и накопление множества необходимых компонентов сигнального каскада, MPF и его активатора Cdc25, в ядре генерирует эффективную активацию MPF и вызывает сверхчувствительный вход в митоз, подобный переключателю. [4]
На рисунке [4] показаны различные возможные механизмы того, как усиленная регуляция локализации сигнальных компонентов стимулом (входным сигналом) смещает выход от ответа Михаэлиана к сверхчувствительному ответу. Когда стимул регулирует только ингибирование ядерного экспорта Cdk1-cyclinB1, результатом является ответ Михаэля, рис. (A). Но если стимул может регулировать локализацию множества компонентов сигнального каскада, то есть ингибирование ядерного экспорта Cdk1-cyclinB1 и транслокацию Cdc25C в ядро, тогда результатом будет сверхчувствительный ответ, рис (b). По мере того, как больше компонентов сигнального каскада регулируются и локализуются стимулом, то есть ингибированием ядерного экспорта Cdk1-cyclinB1, транслокацией Cdc25C в ядро и активацией Cdc25C, выходной ответ становится все более и более сверхчувствительным, рис (c) . [4]
Буферизация (приманка)
Во время митоза , митотическое веретено ориентация имеет важное значение для определения сайта расщепления бороздования и положения дочерних клеток для последующего определения клеточных судеб . [44] Эта ориентация достигается за счет поляризации кортикальных факторов и быстрого совмещения шпинделя с осью полярности. У плодовых мушек было обнаружено, что три кортикальных фактора регулируют положение веретена: α-субъединица гетеротримерного G-белка (Gαi), [45] партнер инфекционного заболевания (штифты), [46] и дефект грибовидного тела (грязь). [47] Gαi локализуется в апикальной коре, чтобы рекрутировать штифты. После связывания с Gαi, связанным с GDP, штифты активируются и привлекают Mud для достижения поляризованного распределения корковых факторов. [48] N-концевые тетратрикопептидные повторы (TPR) в штифтах являются областью связывания для Mud, но они аутоингибируются внутренними C-концевыми доменами GoLoco (GL) в отсутствие Gαi. [49] [50] Активация пинов связыванием Gαi с GL является очень сверхчувствительной и достигается с помощью следующего механизма-ловушки: [14] GL 1 и 2 действуют как домены-приманки, конкурируя с регуляторным доменом GL3 за входы Gαi. . Этот внутримолекулярный механизм приманки позволяет штырям устанавливать свой порог и крутизну в ответ на различную концентрацию Gαi. При низких входах Gαi ловушки-ловушки 1 и 2 предпочтительно связаны. При промежуточной концентрации Gαi ловушки почти насыщаются, и GL3 начинает заселяться. При более высокой концентрации Gαi ловушки полностью насыщаются, и Gαi связывается с GL3, что приводит к активации штифтов. Сверхчувствительность штифтов в ответ на Gαi гарантирует, что штифты активируются только в апикальной коре, где концентрация Gαi выше порогового значения, что обеспечивает максимальное рекрутирование грязи. [ необходима цитата ]
Коммутационное поведение GTPases
ГТФазы - это ферменты, способные связывать и гидролизовать гуанозинтрифосфат (ГТФ). Малые GTPases, такие как Ran и Ras, могут существовать либо в форме, связанной с GTP (активная), либо в форме с привязкой к GDP (неактивная), и преобразование между этими двумя формами обеспечивает им поведение, подобное переключению. [51] Таким образом, малые GTPases участвуют во многих клеточных событиях, включая ядерную транслокацию и передачу сигналов. [52] Переход между активным и неактивным состояниями облегчается факторами обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) и белками, активирующими GTPase (GAP). [53]
Вычислительные исследования поведения переключения GTPases показали, что система GTPase-GAP-GEF проявляет сверхчувствительность. [54] В своем исследовании Lipshtat et al. моделировали эффекты уровней активации GEF и GAP на сигнальную сеть активации Rap в ответ на сигналы от активированных α2-адренергических (α2R) рецепторов, которые приводят к деградации активированного Rap GAP. Они обнаружили, что поведение переключения Rap-активации было сверхчувствительным к изменениям концентрации (т. Е. Амплитуды) и продолжительности сигнала α2R, что давало коэффициенты Хилла nH = 2,9 и nH = 1,7, соответственно (коэффициент Хилла больше, чем nH = 1. характерна для сверхчувствительности [55] ). Авторы подтвердили это экспериментально, обработав нейробласты HU-210, который активирует RAP через деградацию Rap GAP. Сверхчувствительность наблюдалась как дозозависимым образом (nH = 5 ± 0,2), при обработке клеток разными концентрациями HU-210 в течение фиксированного времени, так и зависимым от продолжительности образом (nH = 8,6 ± 0,8) путем обработки клеток. с фиксированной концентрацией HU-210 в разное время. [ необходима цитата ]
При дальнейшем изучении системы авторы определили, что (степень отзывчивости и сверхчувствительность) сильно зависит от двух параметров: начального отношения kGAP / kGEF, где k включают как концентрацию активного GAP или GEF, так и их соответствующие кинетические скорости; и влияние сигнала, которое является продуктом скорости деградации активированного GAP и либо амплитуды сигнала, либо длительности сигнала. [54] Параметр kGAP / kGEF влияет на крутизну перехода из двух состояний переключателя GTPase, при этом более высокие значения (~ 10) приводят к сверхчувствительности. Воздействие сигнала влияет на точку переключения. Следовательно, в зависимости от соотношения концентраций, а не от отдельных концентраций, переключательное поведение системы также может отображаться за пределами режима нулевого порядка. [56]
Сверхчувствительность и нейрональная потенция
Постоянная стимуляция нейронального синапса может привести к заметно разным результатам для постсинаптического нейрона. Расширенная слабая передача сигналов может привести к долговременной депрессии (LTD), при которой активация постсинаптического нейрона требует более сильного сигнала, чем до того, как LTD была инициирована. Напротив, долговременная потенциация (ДП) происходит, когда постсинаптический нейрон подвергается сильному раздражению, и это приводит к усилению нервного синапса (т. Е. Для активации требуется меньше сигнала нейротрансмиттера).
В области CA1 гиппокампа выбор между LTD и LTP опосредуется исключительно уровнем внутриклеточного в постсинаптическом дендритном отростке. Низкий уровень(в результате стимуляции низкого уровня) активирует протеинфосфатазу кальциневрин , которая индуцирует LTD. Более высокие уровни приводит к активации Ca 2 + {\ displaystyle \ scriptstyle \ color {синий} {\ ce {Ca ^ 2 +}}} / кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII), которая приводит к LTP. Разница в концентрации Ca 2+, необходимая для того, чтобы клетка подверглась LTP, лишь незначительно выше, чем для LTD, и поскольку нейроны демонстрируют бистабильность (либо LTP, либо LTD) после постоянной стимуляции, это предполагает, что один или несколько компонентов системы реагируют на переключателем или сверхчувствительным образом. Bradshaw et al. продемонстрировали, что CaMKII (индуктор LTP) реагирует на уровни внутриклеточного кальция сверхчувствительным образом, с активностью <10% при 1,0 мкМ и ~ 90% активностью при 1,5 мкМ, в результате чего коэффициент Хилла составляет ~ 8. Дальнейшие эксперименты показали, что эта сверхчувствительность опосредована кооперативным связыванием CaMKII двумя молекулами кальмодулина (CaM) и аутофосфорилированием активированного CaMKII, приводящим к положительной петле обратной связи. [57]
Таким образом, внутриклеточный кальций может вызывать постепенную, не сверхчувствительную активацию кальциневрина на низких уровнях, что приводит к LTD, тогда как сверхчувствительная активация CaMKII приводит к пороговому уровню внутриклеточного кальция, который создает петлю положительной обратной связи, которая усиливает сигнал и приводит к к противоположному клеточному исходу: LTP. Таким образом, связывание одного субстрата с множеством ферментов с разной чувствительностью облегчает бистабильное решение клетки подвергнуться LTD или LTP. [58]
Сверхчувствительность в развитии
Было высказано предположение, что сверхчувствительность нулевого порядка может генерировать пороги во время развития, позволяющие преобразовать входной дифференцированный морфоген в бинарный ответ, подобный переключателю. [59] Melen et al. (2005) нашли доказательства такой системы в формировании паттерна вентральной эктодермы эмбрионов Drosophila . [60] В этой системе дифференцированная активность митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) преобразуется в бинарный выход, полное или полное разрушение репрессора транскрипции Yan. Они обнаружили, что MAPK-фосфорилирование Yan является важным и достаточным для деградации Yan. В соответствии со сверхчувствительностью нулевого порядка увеличение белка Yan увеличивало время, необходимое для деградации, но не влияло на границу деградации Yan в развивающихся эмбрионах. Их результаты согласуются с ситуацией, когда большой пул Янь либо полностью деградирует, либо поддерживается. Конкретный ответ каждой клетки зависит от того, больше или меньше скорость обратимого фосфорилирования Yan с помощью MAPK, чем дефосфорилирование. Таким образом, небольшое увеличение фосфорилирования MAPK может сделать его доминирующим процессом в клетке и привести к полной деградации Yan.
Механизм многоступенчатой обратной связи также приводит к сверхчувствительности
Механизм многоступенчатой обратной связи также приводит к сверхчувствительности. Существует статья, в которой описывается создание синтетических петель обратной связи с использованием дрожжевого спаривания митоген-активированного протеина (MAP) киназного пути в качестве модельной системы.
В пути спаривания дрожжей: альфа-фактор активирует рецептор, Ste2 и Ste4, а активированный Ste4 рекрутирует комплекс Ste5 на мембрану, позволяя PAK-подобной киназе Ste20 (локализованной на мембране) активировать MAPKKK Ste11. Ste11 и нижестоящие киназы, Ste7 (MAPKK) и Fus3 (MAPK), совместно локализуются на каркасе, и активация каскада приводит к транскрипционной программе. Они использовали модуляторы пути вне основного каскада, Ste50 способствует активации Ste11 с помощью Ste20; Msg5 (отрицательный, красный) представляет собой фосфатазу MAPK, которая деактивирует Fus3 (рис. 2А).
То, что они построили, было схемой с улучшенным сверхчувствительным поведением переключения, конститутивно выражая отрицательный модулятор, Msg5, который является одним из MAPK-фофатаз, и индуцирующе экспрессируя положительный модулятор, Ste50, который является модуляторами пути вне основного каскада (рис. 2B). Успех этой стратегии инженерии, основанной на рекрутинге, предполагает, что возможно перепрограммировать клеточные ответы с высокой точностью. [61]
Жгутиковые двигатели и хемотаксис
Направление вращения E. coli контролируется переключателем жгутикового мотора . Кольцо из 34 белков FliM вокруг ротора связывает CheY, состояние фосфорилирования которого определяет, вращается ли двигатель по часовой стрелке или против часовой стрелки. Механизм быстрого переключения объясняется сверхчувствительным откликом, который имеет коэффициент Хилла ~ 10. Было предложено, чтобы эта система следовала диссипативной аллостерической модели, в которой переключение вращения является результатом как связывания CheY, так и потребления энергии движущей силой протона , которая также обеспечивает вращение жгутиков. [62]
Разработка синтетического сверхчувствительного сигнального пути
Недавно было показано, что сигнальный путь Михаэля может быть преобразован в сверхчувствительный сигнальный путь путем введения двух петель положительной обратной связи. [63] В этом подходе синтетической биологии Палани и Саркар начали с линейного, ступенчатого пути ответа, пути, который показал пропорциональное увеличение выходного сигнала относительно количества входного сигнала в определенном диапазоне входных сигналов. Этот простой путь состоит из мембранного рецептора, киназы и фактора транскрипции. При активации мембранный рецептор фосфорилирует киназу, которая перемещается в ядро и фосфорилирует фактор транскрипции, который включает экспрессию гена. Чтобы преобразовать эту систему дифференцированного ответа в сверхчувствительный или подобный переключателю сигнальный путь, исследователи создали две петли положительной обратной связи. В сконструированной системе активация мембранного рецептора привела к повышенной экспрессии как самого рецептора, так и фактора транскрипции. Это было достигнуто путем размещения промотора, специфичного для этого фактора транскрипции, перед обоими генами. Авторам удалось продемонстрировать, что синтетический путь проявляет высокую сверхчувствительность и бистабильность.
Недавний вычислительный анализ влияния концентрации сигнального белка на присутствие сверхчувствительного ответа позволил сделать дополнительные выводы о влиянии концентрации сигнального белка на преобразование градуированного ответа в сверхчувствительный. Однако вместо того, чтобы сосредоточиться на генерации сигнальных белков посредством положительной обратной связи, исследование было сосредоточено на том, как динамика выхода сигнального белка из системы влияет на ответ. Soyer, Kuwahara и Csika´sz-Nagy [64] разработали сигнальный путь, состоящий из белка (P), который имеет два возможных состояния (немодифицированный P или модифицированный P *) и может быть изменен входящим стимулом E. Кроме того, в то время как немодифицированной форме P разрешается входить в систему или выходить из нее, P * разрешается только выходить (т. е. она не создается в другом месте). После изменения параметров этой системы исследователи обнаружили, что изменение P в P * может переключаться между градиентным и сверхчувствительным ответом за счет изменения скоростей выхода P и P * относительно друг друга. Переход от сверхчувствительного ответа к E и постепенного ответа к E был произведен, когда две скорости изменились от очень сходных до сильно разнородных, независимо от кинетики превращения P в P *. Это открытие предполагает по крайней мере две вещи: 1) упрощающее предположение, что уровни сигнальных молекул остаются постоянными в системе, может серьезно ограничить понимание сложности сверхчувствительности; и 2) можно искусственно индуцировать или ингибировать сверхчувствительность, регулируя скорости входа и выхода сигнальных молекул, занимающих интересующую систему.
Ограничения модульности
Было показано, что интеграция данного синтетического сверхчувствительного модуля с вышестоящими и последующими компонентами часто изменяет его возможности обработки информации. [33] Этот эффект необходимо учитывать в процессе проектирования.
Смотрите также
- Логистическая функция
- Ступенчатая функция Хевисайда
- Стимул (физиология)
- Уравнение Хилла (биохимия)
Рекомендации
- ^ Феррелл-младший, JE; Махледер, Э.М. (1998). «Биохимическая основа переключения судьбы клетки по принципу« все или ничего »в ооцитах Xenopus». Наука . 280 (5365): 895–8. Bibcode : 1998Sci ... 280..895F . DOI : 10.1126 / science.280.5365.895 . PMID 9572732 .
- ^ Муталик, ВК; Венкатеш, К.В. (2005). «Количественная оценка каскадной системы гликогена: сверхчувствительные ответы гликогенсинтазы печени и мышечной фосфорилазы обусловлены отличительными регуляторными конструкциями» . Теоретическая биология и медицинское моделирование . 2 : 19. DOI : 10,1186 / 1742-4682-2-19 . PMC 1180476 . PMID 15907212 .
- ^ Гринвальд, ЕС; Saucerman, JJ (2011). «Больше, лучше, быстрее: принципы и модели AKAP-якорной передачи сигналов белка» . Журнал сердечно-сосудистой фармакологии . 58 (5): 462–9. DOI : 10.1097 / FJC.0b013e31822001e3 . PMC 3173587 . PMID 21562426 .
- ^ а б в г д е Феррелл-младший, Дж. Э. (1998). «Как регулируемая транслокация белка может вызывать ответные реакции». Направления биохимических наук . 23 (12): 461–5. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (98) 01316-4 . PMID 9868363 .
- ^ а б в Гольдбетер, Альберт; Кошланд, Дэниел Э. (1981). «Повышенная чувствительность, возникающая из-за ковалентной модификации в биологических системах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (11): 6840–6844. Bibcode : 1981PNAS ... 78.6840G . DOI : 10.1073 / pnas.78.11.6840 . JSTOR 11361 . PMC 349147 . PMID 6947258 .
- ^ Joh, RI; Weitz, JS (2011). о. Уилке, Клаус (ред.). «Лизовать или не лизировать: временное определение стохастической судьбы в клетках, инфицированных бактериофагами» . PLOS вычислительная биология . 7 (3): e1002006. Bibcode : 2011PLSCB ... 7E0020J . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1002006 . PMC 3053317 . PMID 21423715 .
- ^ Чаттерджи, А; Казнессис Ю.Н. Ху, WS (2008). «Настройка биологических переключателей через лучшее понимание поведения бистабильности» . Текущее мнение в области биотехнологии . 19 (5): 475–81. DOI : 10.1016 / j.copbio.2008.08.010 . PMC 2766094 . PMID 18804166 .
- ^ Легью, S; Blüthgen, N; Герцель, Х (2006). «Математическое моделирование определяет ингибиторы апоптоза как медиаторы положительной обратной связи и бистабильности» . PLOS вычислительная биология . 2 (9): e120. Bibcode : 2006PLSCB ... 2..120L . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.0020120 . PMC 1570177 . PMID 16978046 .
- ^ Цуй, Дж; Чен, К; Лу, Н; Вс, Т; Шен, П. (2008). Хатакеяма, Марико (ред.). «Две независимые положительные обратные связи и бистабильность в апоптотическом переключателе Bcl-2» . PLOS ONE . 3 (1): e1469. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.1469C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0001469 . PMC 2194625 . PMID 18213378 .
- ^ Шривидхья, Джейараман; Ли, Юнфэн; Померенинг, Джозеф Р. (2011). «Открытые каскады как простые решения для обеспечения сверхчувствительности и адаптации клеточной сигнализации» . Физическая биология . 8 (4): 046005. Bibcode : 2011PhBio ... 8d6005S . DOI : 10.1088 / 1478-3975 / 8/4/046005 . PMC 3151678 . PMID 21566270 .
- ^ Shah, Najaf A .; Саркар, Казим А. (2011). Haugh, Джейсон М. (ред.). «Надежные сетевые топологии для генерации откликов, подобных коммутатору» . PLOS вычислительная биология . 7 (6): e1002085. Bibcode : 2011PLSCB ... 7E2085S . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1002085 . PMC 3121696 . PMID 21731481 .
- ^ а б Таттай, М; Ван Ауденаарден, А (2002). «Ослабление шума в сверхчувствительных сигнальных каскадах» . Биофизический журнал . 82 (6): 2943–50. Bibcode : 2002BpJ .... 82.2943T . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (02) 75635-X . PMC 1302082 . PMID 12023217 .
- ^ Маркевич, Н.И.; Хук, JB; Холоденко, Б.Н. (2004). «Переключатели сигналов и бистабильность, возникающие в результате многосайтового фосфорилирования в каскадах протеинкиназ» . Журнал клеточной биологии . 164 (3): 353–9. DOI : 10,1083 / jcb.200308060 . PMC 2172246 . PMID 14744999 .
- ^ а б Смит, Николас Р .; Прехода, Кеннет Э. (2011). «Надежное выравнивание веретена в нейробластах дрозофилы путем сверхчувствительной активации штифтов» . Молекулярная клетка . 43 (4): 540–9. DOI : 10.1016 / j.molcel.2011.06.030 . PMC 3161515 . PMID 21855794 .
- ^ Ким, Сун Янг; Феррелл, Джеймс Э. (2007). «Конкуренция субстратов как источник сверхчувствительности при инактивации Wee1». Cell . 128 (6): 1133–45. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.01.039 . PMID 17382882 .
- ^ Huang, CY; Феррелл-младший, Дж. Э. (1996). «Сверхчувствительность в каскаде митоген-активируемых протеинкиназ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (19): 10078–10083. Bibcode : 1996PNAS ... 9310078H . DOI : 10.1073 / pnas.93.19.10078 . PMC 38339 . PMID 8816754 .
- ^ а б Снеппен, Ким; Micheelsen, Mille A; Додд, Ян Б. (2008). «Сверхчувствительная регуляция генов с помощью петель положительной обратной связи при модификации нуклеосом» . Молекулярная системная биология . 4 (1): 182. DOI : 10.1038 / msb.2008.21 . PMC 2387233 . PMID 18414483 .
- ^ а б Гольдбетер, А; Кошланд-младший, DE (1984). «Сверхчувствительность в биохимических системах, контролируемых ковалентной модификацией. Взаимодействие между эффектами нулевого порядка и многоступенчатыми эффектами». Журнал биологической химии . 259 (23): 14441–7. PMID 6501300 .
- ^ Калир, S; МакКлюр, Дж; Паббараджу, К; Юг, C; Ронен, М; Лейблер, S; Surette, MG; Алон, У (2001). «Упорядочивание генов в пути жгутиков путем анализа кинетики экспрессии живых бактерий». Наука . 292 (5524): 2080–3. DOI : 10.1126 / science.1058758 . PMID 11408658 .
- ^ Душек, О; Ван Дер Мерве, Пенсильвания; Shahrezaei, V (2011). «Сверхчувствительность в мультисайтовом фосфорилировании белков, заякоренных в мембране» . Биофизический журнал . 100 (5): 1189–97. Bibcode : 2011BpJ ... 100.1189D . DOI : 10.1016 / j.bpj.2011.01.060 . PMC 3043222 . PMID 21354391 .
- ^ Маккарри-младший; Риггс, AD (1986). «Пары детерминатор-ингибитор как механизм для установки порога в разработке: возможная функция для псевдогенов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (3): 679–83. Bibcode : 1986PNAS ... 83..679M . DOI : 10.1073 / pnas.83.3.679 . PMC 322927 . PMID 2418440 .
- ^ а б в Buchler, NE; Луи, М. (2008). «Молекулярное титрование и сверхчувствительность в регуляторных сетях». Журнал молекулярной биологии . 384 (5): 1106–19. DOI : 10.1016 / j.jmb.2008.09.079 . PMID 18938177 .
- ^ Buchler, NE; Крест, Франция (2009). «Секвестрация белка порождает гибкую сверхчувствительную реакцию в генетической сети» . Молекулярная системная биология . 5 (1): 272. DOI : 10.1038 / msb.2009.30 . PMC 2694680 . PMID 19455136 .
- ^ Schmidt-Glenewinkel, H; Вачева, Я; Hoeller, D; Дикич, я; Эйлс, Р. (2008). «Сверхчувствительный механизм сортировки эндоцитоза рецептора EGF» . BMC Systems Biology . 2 : 32. DOI : 10,1186 / 1752-0509-2-32 . PMC 2377235 . PMID 18394191 .
- ^ а б Гольдбетер, Альберт (2005). «Выключатели нулевого порядка и пороги развития» . Молекулярная системная биология . 1 (1): E1 – E2. DOI : 10.1038 / msb4100042 . PMC 1681457 . PMID 16729066 .
- ^ Мейнке, Мэрилин Х .; Джонатан С. Бишоп; Рональд Д. Эдстром (1986). «Сверхчувствительность нулевого порядка в регуляции гликогенфосфорилазы» . PNAS . 83 (9): 2865–2868. Bibcode : 1986PNAS ... 83.2865M . DOI : 10.1073 / pnas.83.9.2865 . PMC 323407 . PMID 3458247 .
- ^ Гулев, Юлиан; Шарвин, Жиль (2011). «Сверхчувствительность и положительная обратная связь для содействия резкому митотическому проникновению» . Молекулярная клетка . 41 (3): 243–4. DOI : 10.1016 / j.molcel.2011.01.016 . PMID 21292155 .
- ^ Траннелл, Николь Б.; Пун, Энди С.; Ким, Сун Янг; Феррелл, Джеймс Э. (2011). «Сверхчувствительность в регуляции Cdc25C с помощью Cdk1» . Молекулярная клетка . 41 (3): 263–74. DOI : 10.1016 / j.molcel.2011.01.012 . PMC 3060667 . PMID 21292159 .
- ^ а б Кляйн, Питер; Поусон, Тони; Тайерс, Майк (2003). «Математическое моделирование предлагает совместные взаимодействия между неупорядоченным поливалентным лигандом и единственным рецептором сайта». Текущая биология . 13 (19): 1669–78. DOI : 10.1016 / j.cub.2003.09.027 . PMID 14521832 .
- ^ Равид, Томмер; Хохштрассер, Марк (2008). «Разнообразие сигналов деградации в убиквитин-протеасомной системе» . Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 9 (9): 679–89. DOI : 10.1038 / nrm2468 . PMC 2606094 . PMID 18698327 .
- ^ Кыйвомяги, Мардо; Валк, Эрвин; Вента, Райнис; Иофик, Анна; Лепику, Мартин; Балог, Ева Роуз М .; Рубин, Сет М .; Морган, Дэвид О .; Луг, Март (2011). «Каскады мультисайтового фосфорилирования контролируют разрушение Sic1 в начале S-фазы» . Природа . 480 (7375): 128–31. Bibcode : 2011Natur.480..128K . DOI : 10,1038 / природа10560 . PMC 3228899 . PMID 21993622 .
- ^ а б Душек, Омер; Ван Дер Мерве, П. Антон; Шахрезаи, Вахид (2011). «Сверхчувствительность в мультисайтовом фосфорилировании белков, заякоренных в мембране» . Биофизический журнал . 100 (5): 1189–97. Bibcode : 2011BpJ ... 100.1189D . DOI : 10.1016 / j.bpj.2011.01.060 . PMC 3043222 . PMID 21354391 .
- ^ а б в Altszyler, E; Вентура, AC; Colman-Lerner, A .; Черноморец, А. (2014). «Влияние ограничений восходящего и нисходящего потоков на сверхчувствительность сигнального модуля» . Физическая биология . 11 (6): 066003. Bibcode : 2014PhBio..11f6003A . DOI : 10.1088 / 1478-3975 / 11/6/066003 . PMC 4233326 . PMID 25313165 .
- ^ а б Блотген, Нильс; Легеви, Стефан; Герцель, Ханспетер; Холоденко, Борис (2007). «Механизмы, вызывающие сверхчувствительность, бистабильность и колебания при передаче сигналов». Введение в системную биологию . Humana Press: 282–99. DOI : 10.1007 / 978-1-59745-531-2_15 . ISBN 978-1-58829-706-8.
- ^ а б в г Huang, CY; Феррелл-младший, Дж. Э. (1996). «Сверхчувствительность в каскаде митоген-активируемых протеинкиназ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (19): 10078–83. Bibcode : 1996PNAS ... 9310078H . DOI : 10.1073 / pnas.93.19.10078 . PMC 38339 . PMID 8816754 .
- ^ Холоденко, Борис Н .; и другие. (1997). «Количественная оценка передачи информации через клеточные пути передачи сигнала» . Письма FEBS . 414 (2): 430–434. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (97) 01018-1 . PMID 9315734 .
- ^ а б в Altszyler, E; Вентура, AC; Colman-Lerner, A .; Черноморец, А. (2017). «Пересмотр сверхчувствительности в сигнальных каскадах: увязка локальных и глобальных оценок сверхчувствительности» . PLOS ONE . 12 (6): e0180083. arXiv : 1608.08007 . Bibcode : 2017PLoSO..1280083A . DOI : 10.1371 / journal.pone.0180083 . PMC 5491127 . PMID 28662096 .
- ^ Браун, GC; Хук, JB; Холоденко Б Н (1997). «Почему каскады протеинкиназ имеют более одного уровня?». Trends Biochem. Sci . 22 (8): 288. DOI : 10.1016 / s0968-0004 (97) 82216-5 . PMID 9270298 .
- ^ Феррелл, Дж. Э. (1997). «Как ответы становятся более похожими на переключатели по мере продвижения вниз по каскаду протеинкиназ». Trends Biochem. Sci . 22 (8): 288–289. DOI : 10.1016 / s0968-0004 (97) 82217-7 . PMID 9270299 .
- ^ Racz, E; Слепченко, Б.М. (2008). «Об усилении чувствительности во внутриклеточных сигнальных каскадах» . Phys. Биол . 5 (3): 36004. Bibcode : 2008PhBio ... 5c6004R . DOI : 10.1088 / 1478-3975 / 5/3/036004 . PMC 2675913 . PMID 18663279 .
- ^ Дьюбер, Джон Э; Мирский, Итан А; Лим, Венделл А (2007). «Разработка синтетических сигнальных белков со сверхчувствительным управлением вводом / выводом». Природа Биотехнологии . 25 (6): 660–2. DOI : 10.1038 / nbt1308 . PMID 17515908 .
- ^ Тоошима-Моримото, Ф .; Taniguchi, E; Нисида, Э (2002). «Plk1 способствует ядерной транслокации человеческого Cdc25C во время профазы» . EMBO Reports . 3 (4): 341–8. DOI : 10.1093 / embo-reports / kvf069 . PMC 1084057 . PMID 11897663 .
- ^ Бахасси, Э. Л. Мустафа; Хенниган, Роберт Ф; Майер, Дэвид Л; Стамбрук, Питер Дж (2004). «Фосфорилирование Cdc25C серина 191 с помощью Plk3 способствует его ядерной транслокации» . Онкоген . 23 (15): 2658–63. DOI : 10.1038 / sj.onc.1207425 . PMID 14968113 .
- ^ Доу, CQ (2008). «Нервные стволовые клетки: баланс между самообновлением и дифференцировкой» . Развитие . 135 (9): 1575–87. DOI : 10.1242 / dev.014977 . PMID 18356248 .
- ^ Ю, Ф; Cai, Y; Кошик, Р; Ян, Х; Чиа, Вт (2003). «Различная роль субъединиц Galphai и Gbeta13F гетеротримерного белкового комплекса G в опосредовании асимметричных делений нейробластов дрозофилы» . Журнал клеточной биологии . 162 (4): 623–33. DOI : 10,1083 / jcb.200303174 . PMC 2173805 . PMID 12925708 .
- ^ Изуми, Ясуши; Охта, Нао; Хисата, Канако; Раабе, Томас; Мацузаки, Фумио (2006). «Drosophila Pins-связывающий белок Mud регулирует связывание полярности веретена и организацию центросом». Природа клеточной биологии . 8 (6): 586–93. DOI : 10.1038 / ncb1409 . PMID 16648846 .
- ^ Боуман, СК; Ноймюллер, РА; Новачкова, М; Du, Q; Кноблич, JA (2006). « Грязь NuMA Homolog Drosophila регулирует ориентацию веретена при асимметричном делении клеток». Клетка развития . 10 (6): 731–42. DOI : 10.1016 / j.devcel.2006.05.005 . PMID 16740476 .
- ^ Siller, KH; Кабернар, C; Доу, CQ (2006). «Связанный с NuMA белок грязи связывает штифты и регулирует ориентацию веретена в нейробластах дрозофилы». Природа клеточной биологии . 8 (6): 594–600. DOI : 10.1038 / ncb1412 . PMID 16648843 .
- ^ Du, Q; Макара, И.Г. (2004). «Mammalian Pins - конформационный переключатель, который связывает NuMA с гетеротримерными G белками». Cell . 119 (4): 503–16. DOI : 10.1016 / j.cell.2004.10.028 . PMID 15537540 .
- ^ Ниппер, RW; Siller, KH; Smith, NR; Доу, CQ; Прехода, К.Е. (2007). «Galphai генерирует несколько состояний активации Pins, чтобы связать кортикальную полярность и ориентацию веретена в нейробластах Drosophila» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (36): 14306–11. Bibcode : 2007PNAS..10414306N . DOI : 10.1073 / pnas.0701812104 . PMC 1964812 . PMID 17726110 .
- ^ Ян, З (2002). «Малые GTPases: универсальные сигнальные переключатели на заводах» . Растительная клетка . 14 Дополнение: S375–88. DOI : 10.1105 / tpc.001065 . PMC 151267 . PMID 12045289 .
- ^ Heider, D; Hauke, S; Пыка, М; Кесслер, Д. (2010). «Понимание классификации малых GTPases» . Достижения и применения в биоинформатике и химии . 3 : 15–24. DOI : 10.2147 / aabc.s8891 . PMC 3170009 . PMID 21918623 .
- ^ Bourne, Henry R .; Сандерс, Дэвид А .; Маккормик, Фрэнк (1991). «Суперсемейство GTPase: консервативная структура и молекулярный механизм». Природа . 349 (6305): 117–27. Bibcode : 1991Natur.349..117B . DOI : 10.1038 / 349117a0 . PMID 1898771 .
- ^ а б Липштат, А .; Jayaraman, G .; Он, JC; Айенгар, Р. (2010). «Дизайн универсальных биохимических переключателей, которые реагируют на амплитуду, продолжительность и пространственные сигналы» . Труды Национальной академии наук . 107 (3): 1247–52. Bibcode : 2010PNAS..107.1247L . DOI : 10.1073 / pnas.0908647107 . PMC 2824311 . PMID 20080566 .
- ^ Феррелл, Джеймс Э. (1999). «Создание сотового коммутатора: больше уроков из хорошего яйца». BioEssays . 21 (10): 866–870. CiteSeerX 10.1.1.540.1905 . DOI : 10.1002 / (SICI) 1521-1878 (199910) 21:10 <866 :: AID-BIES9> 3.0.CO; 2-1 . PMID 10497337 .
- ^ Ким; и другие. (2009). «Отношения клеточных ионных концентраций и их роль в системах передачи сигнала, управляемых GTP, в режиме нулевого порядка». Международный журнал биомолекулярной науки . 16 (11): 192–207.
- ^ Брэдшоу, Дж. М.; Кубота, Y; Мейер, Т; Шульман, Х (2003). «Сверхчувствительный переключатель Ca2 + / кальмодулин-зависимая протеинкиназа II-протеинфосфатаза 1 способствует специфичности постсинаптической передачи сигналов кальция» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (18): 10512–7. Bibcode : 2003PNAS..10010512B . DOI : 10.1073 / pnas.1932759100 . PMC 193592 . PMID 12928489 .
- ^ Ван дер Грааф; и другие. (2010). «Зависимость передачи сверхчувствительного сигнала LTD от внутриклеточной концентрации кальция». Европейский журнал биомолекулярных исследований . 12 (20): 95–112.
- ^ Гольдбетер, А; Вольперт, Л. (1990). «Ковалентная модификация белков как пороговый механизм развития». Журнал теоретической биологии . 142 (2): 243–50. DOI : 10.1016 / s0022-5193 (05) 80225-5 . PMID 2161972 .
- ^ Melen, GJ; Леви, S; Баркай, Н; Шило, Б.З. (2005). «Пороговые ответы на градиенты морфогенов по сверхчувствительности нулевого порядка» . Молекулярная системная биология . 1 (1): 2005.0028. DOI : 10.1038 / msb4100036 . PMC 1681448 . PMID 16729063 .
- ^ Башор, CJ; Хелман, Северная Каролина; Ян, С .; Лим, Вашингтон (2008). «Использование инженерных взаимодействий каркаса для изменения динамики передачи сигналов пути киназы MAP». Наука . 319 (5869): 1539–43. Bibcode : 2008Sci ... 319.1539B . DOI : 10.1126 / science.1151153 . PMID 18339942 .
- ^ Ту Ю. (2008). «Неравновесный механизм сверхчувствительности в биологическом переключателе: восприятие демонов Максвелла» . Труды Национальной академии наук . 105 (33): 11737–11741. Bibcode : 2008PNAS..10511737T . DOI : 10.1073 / pnas.0804641105 . JSTOR 25463752 . PMC 2575293 . PMID 18687900 .
- ^ Palani, S; Саркар, Калифорния (2011). «Синтетическое преобразование ступенчатого сигнала рецептора в настраиваемый реверсивный переключатель» . Молекулярная системная биология . 7 (1): 480. DOI : 10.1038 / msb.2011.13 . PMC 3094063 . PMID 21451590 .
- ^ Сойер, ОС; Кувахара, H; Чикаш-Надь, А (2009). «Регулирование общего уровня сигнального белка может варьировать его динамику в диапазоне от сверхчувствительности, подобной переключателю, до адаптивных ответов» . Журнал FEBS . 276 (12): 3290–8. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2009.07054.x . PMID 19438711 .