Генетический триггер Жакоба-Моно. Системы с взаимным ингибированием

Генетический триггер
Взаимное ингибирование двух генов
Max Delbrück
(1906—1981)
Два стабильных состояния:
активен ген 1 или активен ген 2
Промежуточные нестабильны

François Jacob
(1920—2013)
Jacques Monod
(1910—1976)
Генетический триггер
Взаимное ингибирование двух генов
Дмитрий Сергеевич
Чернавский
(1926—2016)

Работа одного гена
Регуляторный ген
Reg
репрессор
оперон
O1
свободен
O2 (+РНК-полимераза)
идет транскрипция
O3 (+репрессор)
неактивен
РНК полимераза
мРНК
Белок = фермент
S
P
E
Реакция типа Михаэлиса-Ментен

Схема взаимного ингибирования двух генов

Работа одного гена
Динамика состояний оперона.
Синтез мРНК.
Реакция Михаэлиса-Ментен
Ферментативный синтез.
Результат: динамика концентрации продукта

Схема взаимного ингибирования двух генов
Взаимная репрессия генов
Динамика концентрации продукта
одного гена
Динамика концентраций обоих продуктов
Параметры

Значение параметров
a2 – сродство РНК полимеразы к гену
a3 – скорость дерепрессии гена
τ1 – время жизни мРНК
τ2 – время жизни фермента
τ0 – время СИНТЕЗА мРНК
τE – время СИНТЕЗА фермента
A – «общая интенсивность метаболизма»

Фазовый портрет
A < 2
A > 2
Для дифференцировки необходимо
повышение общей интенсивности метаболизма

Вегето-анимальные градиенты по Н3 лейцину –
интенсивность синтеза белка

Вегето-анимальные градиенты по Н3 акриламиду –
уровень АФК

Вегето-Анимальный градиент по лейцину
Вегето-Анимальный градиент по акрил-амиду
Вариабельность по лейцину (δ/М)

Гаструляция у амфибий
Карта презумптивных зачатков

Гаструляция у амфибий
Вариабельность презумптивных зачатков

Дмитрий Сергеевич
Чернавский
(1926—2016)
Генетический триггер
Взаимное ингибирование двух генов
Одно устойчивое состояние
Два возможных устойчивых состояния
Бифуркация
Область вариабельности

Морфологическая вариабельность
в ходе гаструляции
CV – коэффициент вариации признака
M – среднее значение признака
Высота ДГ
Хорда, стяги-
вающая ДГ
Угол при ДГ

Компетенция – способность
клетки (ткани) развиваться
в нескольких направлениях
Бифуркация – появление
новых состояний в потен-
циальном рельефе системы
Словарь «биология—математика»
Параллели в ключевых понятиях
Бифуркация
Одно устойчивое
состояние
Неустойчивое
состояние
Два новых
устойчивых
состояния
Детерминация – определение судьбы клетки (ткани)
Переход в бассейн притяжения одного из новых состояний
Дифференцировка – реализация генетической про-граммы, определяющей специфический фенотип клетки
Достижение нового устойчивого состояния