Published December 12, 2016
| Version v1
Publication
Open
Precision of Readout at the hunchback Gene: Analyzing Short Transcription Time Traces in Living Fly Embryos
Creators
- 1. Sorbonne Université
- 2. Dynamique du noyau
- 3. École Normale Supérieure
- 4. Institute Curie
- 5. McMaster University
Description
The simultaneous expression of the hunchback gene in the numerous nuclei of the developing fly embryo gives us a unique opportunity to study how transcription is regulated in living organisms. A recently developed MS2-MCP technique for imaging nascent messenger RNA in living Drosophila embryos allows us to quantify the dynamics of the developmental transcription process. The initial measurement of the morphogens by the hunchback promoter takes place during very short cell cycles, not only giving each nucleus little time for a precise readout, but also resulting in short time traces of transcription. Additionally, the relationship between the measured signal and the promoter state depends on the molecular design of the reporting probe. We develop an analysis approach based on tailor made autocorrelation functions that overcomes the short trace problems and quantifies the dynamics of transcription initiation. Based on live imaging data, we identify signatures of bursty transcription initiation from the hunchback promoter. We show that the precision of the expression of the hunchback gene to measure its position along the anterior-posterior axis is low both at the boundary and in the anterior even at cycle 13, suggesting additional post-transcriptional averaging mechanisms to provide the precision observed in fixed embryos.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
إن التعبير المتزامن لجين الأحدب في النوى العديدة لجنين الذبابة النامي يمنحنا فرصة فريدة لدراسة كيفية تنظيم النسخ في الكائنات الحية. تسمح لنا تقنية MS2 - MCP المطورة حديثًا لتصوير الحمض النووي الريبي الرسول الوليد في أجنة ذبابة الفاكهة الحية بتحديد ديناميكيات عملية النسخ التنموي. يتم القياس الأولي للمورفوجينات بواسطة معزز الأحدب خلال دورات الخلايا القصيرة جدًا، مما لا يمنح كل نواة وقتًا قصيرًا لقراءة دقيقة فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى آثار زمنية قصيرة للنسخ. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد العلاقة بين الإشارة المقاسة وحالة المعزز على التصميم الجزيئي لمسبار الإبلاغ. نحن نطور نهجًا تحليليًا يعتمد على وظائف الارتباط الذاتي المصممة خصيصًا والتي تتغلب على مشاكل التتبع القصير وتحدد ديناميكيات بدء النسخ. استنادًا إلى بيانات التصوير المباشر، نحدد توقيعات بدء النسخ المتفجر من مروج الأحدب. نظهر أن دقة التعبير عن جين الأحدب لقياس موقعه على طول المحور الأمامي الخلفي منخفضة على حد سواء عند الحدود وفي الأمام حتى في الدورة 13، مما يشير إلى آليات إضافية لمتوسط ما بعد النسخ لتوفير الدقة التي لوحظت في الأجنة الثابتة.Translated Description (French)
L'expression simultanée du gène bossu dans les nombreux noyaux de l'embryon de mouche en développement nous donne une occasion unique d'étudier comment la transcription est régulée dans les organismes vivants. Une technique MS2-MCP récemment développée pour l'imagerie de l'ARN messager naissant chez des embryons vivants de drosophile nous permet de quantifier la dynamique du processus de transcription développementale. La mesure initiale des morphogènes par le promoteur bossu a lieu pendant des cycles cellulaires très courts, donnant non seulement peu de temps à chaque noyau pour une lecture précise, mais aussi des traces de transcription de courte durée. De plus, la relation entre le signal mesuré et l'état du promoteur dépend de la conception moléculaire de la sonde de rapport. Nous développons une approche d'analyse basée sur des fonctions d'autocorrélation sur mesure qui surmonte les problèmes de traces courtes et quantifie la dynamique d'initiation de la transcription. Sur la base de données d'imagerie en direct, nous identifions les signatures d'initiation de la transcription bursty du promoteur bossu. Nous montrons que la précision de l'expression du gène bossu pour mesurer sa position le long de l'axe antéro-postérieur est faible à la fois à la frontière et dans l'antérieur même au cycle 13, suggérant des mécanismes supplémentaires de moyennage post-transcriptionnel pour fournir la précision observée chez les embryons fixés.Translated Description (Spanish)
La expresión simultánea del gen jorobado en los numerosos núcleos del embrión de mosca en desarrollo nos brinda una oportunidad única para estudiar cómo se regula la transcripción en los organismos vivos. Una técnica MS2-MCP recientemente desarrollada para obtener imágenes del ARN mensajero naciente en embriones vivos de Drosophila nos permite cuantificar la dinámica del proceso de transcripción del desarrollo. La medición inicial de los morfógenos por el promotor jorobado tiene lugar durante ciclos celulares muy cortos, lo que no solo da a cada núcleo poco tiempo para una lectura precisa, sino que también da como resultado trazas de transcripción en poco tiempo. Además, la relación entre la señal medida y el estado del promotor depende del diseño molecular de la sonda informadora. Desarrollamos un enfoque de análisis basado en funciones de autocorrelación hechas a medida que supera los problemas de rastreo corto y cuantifica la dinámica del inicio de la transcripción. Con base en datos de imágenes en vivo, identificamos firmas de inicio de transcripción en ráfagas del promotor jorobado. Mostramos que la precisión de la expresión del gen jorobado para medir su posición a lo largo del eje anterior-posterior es baja tanto en el límite como en el anterior incluso en el ciclo 13, lo que sugiere mecanismos de promediado postranscripcional adicionales para proporcionar la precisión observada en embriones fijos.Files
journal.pcbi.1005256&type=printable.pdf
Files
(3.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1db7f2202f50ab41b837e5a1e072573f
|
3.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دقة القراءة عند جين الأحدب: تحليل آثار وقت النسخ القصير في أجنة الذبابة الحية
- Translated title (French)
- Précision de la lecture au niveau du gène bossu : analyse des traces de temps de transcription courtes chez les embryons de mouches vivants
- Translated title (Spanish)
- Precisión de la lectura en el gen jorobado: análisis de trazas de tiempo de transcripción corto en embriones de mosca vivos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2555961475
- DOI
- 10.1371/journal.pcbi.1005256
References
- https://openalex.org/W1812423768
- https://openalex.org/W1951126150
- https://openalex.org/W1984429906
- https://openalex.org/W1987862415
- https://openalex.org/W1999777663
- https://openalex.org/W2002900614
- https://openalex.org/W2003470745
- https://openalex.org/W2021312680
- https://openalex.org/W2022717416
- https://openalex.org/W2024184910
- https://openalex.org/W2043078890
- https://openalex.org/W2053460598
- https://openalex.org/W2063218127
- https://openalex.org/W2065923714
- https://openalex.org/W2076907270
- https://openalex.org/W2077092778
- https://openalex.org/W2085846847
- https://openalex.org/W2098093544
- https://openalex.org/W2103957060
- https://openalex.org/W2105512180
- https://openalex.org/W2112636327
- https://openalex.org/W2113146724
- https://openalex.org/W2124802940
- https://openalex.org/W2127540003
- https://openalex.org/W2128043711
- https://openalex.org/W2129218346
- https://openalex.org/W2135061355
- https://openalex.org/W2142275632
- https://openalex.org/W2143368326
- https://openalex.org/W2146470265
- https://openalex.org/W2147136931
- https://openalex.org/W2159808172
- https://openalex.org/W2171005709
- https://openalex.org/W2171280873
- https://openalex.org/W2171327609
- https://openalex.org/W2202141609
- https://openalex.org/W2281371114
- https://openalex.org/W2411956266
- https://openalex.org/W2418156324
- https://openalex.org/W2465833271