側抑制回路におけるエラーの最小化

Sci. Signal., 6 July 2010
Vol. 3, Issue 129, p. ra51
[DOI: 10.1126/scisignal.2000857]

Omer Barad, Dalia Rosin, Eran Hornstein*, and Naama Barkai*

Department of Molecular Genetics, Weizmann Institute of Science, Rehovot 76100, Israel.

* To whom correspondence should be addressed. E-mail: naama.barkai@weizmann.ac.il (N.B.); eran.hornstein@weizmann.ac.il (E.H.)

要約：ショウジョウバエ（Drosophila）の感覚剛毛のパターンには著しい再現性があ る。個々の剛毛は、側抑制過程を介して前神経性細胞の集団から選択された感覚器前駆（SOP）細胞から発生する。この過程はよく調べられているが、その頑 健性を確実なものにする機構はまだはっきりしない。われわれは、確率的モデリングを用い、SOP選択におけるエラーの起源を明らかにし、それらが、基礎を 成す分子回路にどのように依存しているかについて検討した。その結果、非選択細胞の神経分化の迅速な抑制は、選択のタイミングが細胞によってさまざまであ ることと合わせて、正確なSOP選択にとってきわめて重要であることが明らかになった。Notch受容体とリガンドのDeltaまたはSerrateの間 の細胞自律的な相互作用（シス相互作用）は、ある細胞で抑制シグナルが開始された時点と近隣細胞にシグナルが作用する時点の間の実効遅延を短縮することに よって、正確なSOP選択を促進する。このことは、選出がNotchとリガンドのシスス相互作用とトランス相互作用の間の競合に依存することを示唆する。 シス相互作用モデルから、Notch存在量の低下に伴って認められる異所性SOP選択の増加は、NotchリガンドのDeltaのSerrateの存在量 が減少することで補われることが予測される。われわれは、Notch、Delta、またはSerrate、あるいはこれらの対立遺伝子の組合せのヘテロ接 合ヌル突然変異を保有するハエにおいて、異所性剛毛の頻度を定量し、この予測を実験的に立証した。われわれは、エラーに対する感受性が、パターン形成を調 節する発生回路の一見等価な設計が区別することを提唱する。

O. Barad, D. Rosin, E. Hornstein, N. Barkai, Error Minimization in Lateral Inhibition Circuits. Sci. Signal. 3, ra51 (2010).