Spatial Bistability Generates hunchback Expression Sharpness in the Drosophila Embryo
Notice bibliographique
Résumé
During embryonic development, the positional information provided by concentration gradients of maternal factors directs pattern formation by providing spatially dependent cues for gene expression. In the fruit fly, Drosophila melanogaster, a classic example of this is the sharp on-off activation of the hunchback (hb) gene at midembryo, in response to local concentrations of the smooth anterior-posterior Bicoid (Bcd) gradient. The regulatory region for hb contains multiple binding sites for the Bcd protein as well as multiple binding sites for the Hb protein. Some previous studies have suggested that Bcd is sufficient for properly sharpened Hb expression, yet other evidence suggests a need for additional regulation. We experimentally quantified the dynamics of hb gene expression in flies that were wild-type, were mutant for hb self-regulation or Bcd binding, or contained an artificial promoter construct consisting of six Bcd and two Hb sites. In addition to these experiments, we developed a reaction-diffusion model of hb transcription, with Bcd cooperative binding and hb self-regulation, and used Zero Eigenvalue Analysis to look for multiple stationary states in the reaction network. Our model reproduces the hb developmental dynamics and correctly predicts the mutant patterns. Analysis of our model indicates that the Hb sharpness can be produced by spatial bistability, in which hb self-regulation produces two stable levels of expression. In the absence of self-regulation, the bistable behavior vanishes and Hb sharpness is disrupted. Bcd cooperative binding affects the position where bistability occurs but is not itself sufficient for a sharp Hb pattern. Our results show that the control of Hb sharpness and positioning, by hb self-regulation and Bcd cooperativity, respectively, are separate processes that can be altered independently. Our model, which matches the changes in Hb position and sharpness observed in different experiments, provides a theoretical framework for understanding the data and in particular indicates that spatial bistability can play a central role in threshold-dependent reading mechanisms of positional information.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».