Zeitliche Dynamik und transkriptionale Kontrolle mittels Einzelzell-Genausdrucksanalyse

HINTERGRUND: Veränderungen der Umweltbedingungen führen zu Ausdrucksvariationen, die sich auf Ebene der genregulatorischen Netzwerke manifestieren. Trotz eines starken Verständnisses der Rolle, die Rauschen in synthetischen biologischen Systemen spielt, bleibt unklar, wie die Verbreitung von Ausdruckshomogenität in einem endogenen regulatorischen Netzwerk verteilt ist und von Zellen genutzt wird, die sich durch ein wichtiges Entwicklungsereignis bewegen. ERGEBNISSE: Hier untersuchen wir die zeitlichen Dynamiken eines Einzelzell-transkriptionalen Netzwerks von 45 Transkriptionsfaktoren in THP-1 menschlichen myeloischen monokytären Leukämiezellen, die sich zu Makrophagen differenzieren. Wir messen systematisch die zeitliche Regulation von Ausdruck und Variation, indem wir 120 Einzelzellen zu acht verschiedenen Zeitpunkten profilieren und ziehen hochkontrollierte regulatorische Module in Betracht, durch die Signalgebung mit stochastischen Effekten operiert. Dies zeigt dynamisches und spezifisches Umarbeiten als zelluläre Strategie zur Differenzierung. Die Integration sowohl positiver als auch negativer Co-Expressionsnetzwerke identifiziert zudem das Proto-Onkogen MYB als Netzwerk-Scharnier zur Modulation sowohl der pro- als auch der anti-differenzierungspfadwege. SCHLUSSFOLGERUNGEN: Im Vergleich zu durchschnittlichen Zellpopulationen bietet die zeitliche Einzelzell-Expressionsprofilierung eine viel mächtigere Technik, um mechanistische Einblicke, die der zellulären Differenzierung zugrunde liegen, zu ergründen. Wir glauben, dass unser Ansatz die Grundlage für neuartige Strategien zur Untersuchung der Regulation der Transkription auf Einzelzellebene bilden wird.