Rakud reageerivad dünaamiliselt keskkonnasignaalidele, lülitades sisse või välja sobivad geenikomplektid. "Juhtimissüsteem", mis määrab, milliseid geene millisel ajal tuleb ekspresseerida, sõltub eelkõige transkriptsioonifaktori valkude (TF) ja regulatiivse DNA järjestuse vastastikmõjudest. See süsteem on väga keeruline – eriti mitmerakuliste organismide rakkudes –, kuna TF-molekulide õiged kombinatsioonid peavad siduma DNA spetsiifilisi kohti. Üllataval kombel peavad mitmerakulised organismid reguleerima rohkem geene võrreldes bakterirakkudega, kuid nende TF-id on vähem spetsiifilised ja seostuvad paljudes genoomsetes kohtades, sealhulgas ebasobivates. Niisiis, kuidas saavad TF-id usaldusväärselt õige geeni sisse lülitada, vältides samal ajal teiste ekslikku sisselülitamist?
Seni välja pakutud geeniregulatsiooni mudelid põhinevad "termodünaamilise tasakaalu" eeldusel, kus TF-ide ja DNA vahelised vastasmõjud omandavad lihtsa teoreetilise vormi. Need mudelid näivad olevat kooskõlas bakterirakkudega tehtud katsete tulemustega. Siiski ei arvesta nad tõsiasjaga, et TF-ide näiliselt madal spetsiifilisus nende regulatoorsete saitide suhtes mitmerakulistes organismides võib esile kutsuda geneetilise teabe eksliku ekspressiooni. See tooks kaasa soovimatu interaktsiooni, nn läbikõne, millel on rakule katastroofilised tagajärjed.
Gasper Tkačik, IST Austria abiprofessor koos kraadiõppurite Sarah Cepeda-Humerez ja Georg Rieckhiga uurivad seda stsenaariumit oma artiklis, mis avaldati 4. detsembril 2015 Physical Review Lettersis. Nad uurivad läbirääkimiste tähtsust ja selle mõjusid ning pakuvad välja alternatiivse mudeli, mis pärsib vale algatamise. Nende töö laiendab kineetilise korrektuuri kontseptsiooni, mida pakuti välja 70-ndatel, et selgitada, kuidas teatud ensüümid saavad reageerida ainult õigete substraatidega suures koguses sarnase välimusega, kuid valede substraatide hulgas. See mehhanism on samuti olnud ülioluline mõistmaks rakkude fantastilist võimet replitseerida oma DNA-d enne rakkude jagunemist väga suure täpsusega. Korrektuur, nagu seda rakendatakse geeniregulatsioonile, annab täpsemad tulemused ja töötab ka TF-ide madala kontsentratsiooni korral. Kuid sellega kaasneb ka hinnasilt, kuna rakk peab oma geeniekspressiooni reguleerimise ülesande täitmiseks investeerima rohkem energiat, aga ka rohkem aega.
Seda kompromissi korrektuuri kiiruse ja spetsiifilisuse vahel on varem uuritud. Hiljuti avaldatud artiklis on aga uudne kineetilise korrektuuri stohhastiline sõnastus, mida uurisid Tkačik ja kolleegid: kuigi korrektuurireaktsioonid pakuvad suuremat spetsiifilisust, toimuvad need reaktsioonid vaid mõne peotäie molekulide hulgas ja põhjustavad seega suurenemist. müra geeniekspressioonis. Seetõttu on ebaselge, kas geeniekspressiooni suurenenud müra ei mõjutaks korrektuurist tingitud läbirääkimiste vähenemist. Autorid arvutasid välja rakkude jaoks optimaalse strateegia, et leida, et geeniregulatsiooni korrektuur võib anda suure edu võrreldes termodünaamilise tasakaalu reguleerimisega mitmerakuliste organismide jaoks.
Kuigi autorid ei saa teoreetiliselt välistada keerulise tasakaaluskeemi olemasolu, mis vähendab piisav alt läbirääkimisi mitmerakuliste organismide geeniregulatsioonis, näitavad nende tulemused, et tasakaalulahendused, kui need on olemas, ei ole lihtsad. Nende artikkel esitab alternatiivse hüpoteesi, et leevendada läbirääkimisprobleemi tasakaalust väljas, korrektuuril põhineva transkriptsiooniregulatsiooni vormis. Esitades sellise mehhanismiga kooskõlas olevaid kaudseid tõendeid ja pakkudes välja otsesed eksperimentaalsed testid, kutsuvad autorid üles kriitiliselt ümber hindama õpiku eeldust geeniregulatsiooni tasakaalu kohta.
