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Muster und ordnungen


Um vorherzusagen, wie die transkriptionelle Aktivität einzelner Kerne die Bildung zytoplasmatischer Muster von mRNA vorschreibt, wir begannen mit einem einfachen Modell, das das Gleichgewicht zwischen der Rate der mRNA-Synthese und degradationdmRNAdt(x,t)=pactive(x)-Fraktion der aktiven NukleiR(x,t)-Synthese-MRNA(x,t)-Abbau betrachtet,[1], wobei mRNA(x,t) die mRNA-Konzentration an Position x entlang des Embryos zum Zeitpunkt t anzeigt, R(x,t) entspricht der mRNA-Syntheserate, die über mehrere Kerne innerhalb derselben Position x, pactive(x) ist der Anteil der aktiven Kerne (entsprechend der in Abb. 1D dargestellten Regulatorischen Strategie) und die Abbaurate (siehe SI-Anhang, Abschnitt A für Einzelheiten zu dieser Ableitung). Wellen sind Störungen, die Energie transportieren, während sie sich bewegen. Mechanische Wellen verbreiten sich durch ein Medium – Luft oder Wasser, so dass es oszillieren, wie sie vorbeigehen. [64] Windwellen sind Meeresoberflächenwellen, die das charakteristische chaotische Muster jedes großen Wasserkörpers erzeugen, obwohl ihr statistisches Verhalten mit Windwellenmodellen vorhergesagt werden kann. [65] Wenn Wellen im Wasser oder Wind über Sand gehen, erzeugen sie Wellenmuster. Wenn Winde über große Sandkörper wehen, bilden sie Dünen, manchmal in ausgedehnten Dünenfeldern wie in der Taklamakan-Wüste. Dünen können eine Reihe von Mustern bilden, einschließlich Halbmonde, sehr lange gerade Linien, Sterne, Kuppeln, Parabeln und Längs- oder Seifformen (`Schwert`) Formen. [66] In dieser Arbeit untersuchten wir, wie die einzellige Transkriptionsaktivität zur Bildung von Streifen 2 des weithin untersuchten, gerade übersprungenen (Eve-)Gens im sich entwickelnden Fruchtfliegen-Embryo führt (16, 17). Frühere Arbeiten haben ergeben, dass der Streifen durch das Zusammenspiel von Transkriptionsaktivatoren und Repressoren gebildet wird (16). Darüber hinaus haben neuere Studien gezeigt, dass die Eve-Stripe-mRNA-Profile abgestuft und sehr reproduzierbar sind (18⇓⇓–21), was darauf hindeutet, dass die detaillierte zytoplasmatische Verteilung von mRNA, die diese Streifen ausmacht, der Schlüssel zur Übertragung räumlicher Informationen entlang des Gen-Regulierungsnetzes ist, die die Entwicklung von Drosophila antreibt und die Notwendigkeit verstärkt, Modelle der Genregulation zu entwickeln, die in der Lage sind, quantitative Variationen der Transkriptionsfaktormuster mit gradierten Output-Raten der Transkription zu verbinden. Dazu kombinierten wir Live-Bildgebung mit theoretischer Modellierung, um die Transkription auf einzelzelliger Ebene in Echtzeit zu untersuchen, um einen quantitativen Zusammenhang zwischen den räumlich-zeitlichen Variationen der Eingangstranskriptionsfaktorkonzentrationen, der Kontrolle der Vorabendtranskription und der Bildung zytoplasmatischer Muster von mRNA zu suchen.

Auf der Skala der lebenden Zellen sind Schaummuster häufig; Radiolarame, Schwammspieße, Silicoflagellate-Exoskelette und das Calcitskelett eines Seeigels, Cidaris rugosa, ähneln mineralischen Abgüssen von Plateau-Schaumgrenzen. [72] [73] Das Skelett des Radiolariers, Aulonia hexagona, eine schöne Meeresform, die von Ernst Haeckel gezeichnet wurde, sieht aus, als ob es sich um eine Sphäre handelt, die vollständig aus Sechsecke besteht, aber dies ist mathematisch unmöglich. Das Euler-Merkmal besagt, dass bei jedem konvexen Polyeder die Anzahl der Flächen plus die Anzahl der Scheitelpunkte (Ecken) der Anzahl der Kanten plus zwei entspricht. Ein Ergebnis dieser Formel ist, dass jedes geschlossene Polyeder von Sechsecken genau 12 Fünfecke enthalten muss, wie ein Fußball, Buckminster Fuller geodätische Kuppel oder Fullerenmolekül. Dies kann durch die Erkennung visualisiert werden, dass ein Netz aus Sechsecken flach wie ein Blatt Hühnerdraht ist, aber jedes Fünfeck, das hinzugefügt wird, zwingt das Netz zu biegen (es gibt weniger Ecken, so dass das Netz eingezogen wird). [74] Andere Mitgliedstaaten des EWR, für die die sich ändernden grenzüberschreitenden Arbeitsmuster Anlass zur Sorge geben, sind wahrscheinlich in der Lage, diesen Ansatz zu prüfen (und zu vereinbaren), was schließlich zu einer gemeinsamen Vereinbarung auf der Grundlage von Artikel 16 der Verordnung (EG) 883/04 führen könnte. Neben wertvollen Erkenntnissen über die Mechanismen, die die Regulierung der Transkription des Vorabendstreifens 2 Enhancer vorantreiben, macht unser logistischer Regressionsrahmen quantitative und verfälschbare Vorhersagen über die Regulierung dieses Streifens für Kombinationen von Input-Transkriptionsfaktorkonzentrationen, denen der Embryo in der Wildtypeinstellung nicht begegnet.