Enzyme Induction as an All-or-None Phenomenon

Novick, Aaron; Weiner, Milton A.

doi:10.1073/pnas.43.7.553

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“…However, once induction was attained, the operon could remain functional at very low lactose concentrations or even in the presence of another carbon source, such as glucose. This effect occurred because the quantities of permease synthesized during pre-induction allowed the bacterium to reach sufficient internal inducer concentrations to overcome the inhibitory effect of glucose (Figure 1) (Novick & Weiner 1957). Alternatively, while testing low inducer concentrations (thiomethyl-β-d-galactoside, TMG), Novick and Weiner (1957) established that the activation of the lac operon occurred over time in a portion of the E. coli culture, as permease and β-galactosidase were produced, until they reached a maximal rate of synthesis.…”

Section: From Waddington's Concept and Nanney's Epigenetics To The Prmentioning

confidence: 99%

“…This effect occurred because the quantities of permease synthesized during pre-induction allowed the bacterium to reach sufficient internal inducer concentrations to overcome the inhibitory effect of glucose (Figure 1) (Novick & Weiner 1957). Alternatively, while testing low inducer concentrations (thiomethyl-β-d-galactoside, TMG), Novick and Weiner (1957) established that the activation of the lac operon occurred over time in a portion of the E. coli culture, as permease and β-galactosidase were produced, until they reached a maximal rate of synthesis. Although activated bacteria passed on the activated state to their progeny during cell division, it was not possible to achieve induction in the entire population of cells in the culture because of the limiting levels of inducer and because induced cells reproduced at a lower rate than uninduced cells (Figure 2) (Novick & Weiner 1957).…”

Section: From Waddington's Concept and Nanney's Epigenetics To The Prmentioning

confidence: 99%

“…Alternatively, while testing low inducer concentrations (thiomethyl-β-d-galactoside, TMG), Novick and Weiner (1957) established that the activation of the lac operon occurred over time in a portion of the E. coli culture, as permease and β-galactosidase were produced, until they reached a maximal rate of synthesis. Although activated bacteria passed on the activated state to their progeny during cell division, it was not possible to achieve induction in the entire population of cells in the culture because of the limiting levels of inducer and because induced cells reproduced at a lower rate than uninduced cells (Figure 2) (Novick & Weiner 1957). This result provided further evidence that genetically identical cells growing in the same environment could give rise to differences that were transmitted across many generations (bistability) (Morange 2002).…”

Section: From Waddington's Concept and Nanney's Epigenetics To The Prmentioning

confidence: 99%

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Epigenetics: from the past to the present

Villota-Salazar

Mendoza‐Mendoza

González-Prieto

2016

Frontiers in Life Science

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The definition of epigenetics is still under intense debate; however, its concept has evolved since it was originally introduced in 1939 by Conrad Hal Waddington as a way to reconcile antagonistic views between the school of preformationism and the school of epigenesis. The characterization of a large number of phenomena that diverge from the dogmas of classical genetics, and the discovery of the molecular mechanisms through which these phenomena occur, has given rise to a new area of study with important implications for biological sciences. Interactions between the environment and the DNA through modifications on the chromatin are not only responsible for the expression of a normal phenotype, these may be involved in the development of various pathologies. The epigenome, as the bridge between the genome and the phenotype, is no doubt one of the most interesting current ideas in genetics and is so revolutionary that it may change our present notions about inheritance and evolution. In this review, we made a compilation of the most important events in the history of epigenetics, its implications and some perspectives to the future.

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Section: From Waddington's Concept and Nanney's Epigenetics To The Prmentioning

confidence: 99%

Section: From Waddington's Concept and Nanney's Epigenetics To The Prmentioning

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Epigenetics: from the past to the present

Villota-Salazar

Mendoza‐Mendoza

González-Prieto

2016

Frontiers in Life Science

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“…Cette réponse immédiate est de fait déclenchée par l'expression précoce et aléatoire de gènes normalement réprimés par une fraction de la population. Il ne s'agit là finalement que d'une réinterprétation plus quantitative de la bistabilité de l'opéron lactose, constatée dès les débuts de la biologie moléculaire [17]. La cellule reste de fait aveugle au lactose extracellulaire tant qu'un événement aléatoire n'a pas amorcé la production de pompes (LacY) 1 important le lactose (mesuré cette fois, de manière intracellulaire), en induisant un changement de conformation de la protéine lacI, régulateur de l'expression des enzymes.…”

Section: Diversification Phénotypique Chez Les Microbesunclassified

Hasard et destinée cellulaire

Nghe

2015

Med Sci (Paris)

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> Les fluctuations thermiques à l'échelle moléculaire génèrent des fluctuations aléatoires d'expression des gènes, qui, lorsqu'elles sont associées à des circuits de différenciation, donnent lieu à une diversification phénotypique à l'échelle de populations de cellules. Dans cette synthèse, nous détaillerons les mécanismes moléculaires à l'origine de cette diversification et illustrerons leurs conséquences dans différents organismes. Chez les bactéries, la diversification phénotypique aléatoire permet d'anticiper des changements de l'environnement, autrement imprévisibles, en particulier d'optimiser les transitions métaboliques et la réponse au stress, induisant par exemple une forme transitoire de résistance aux traitements antibiotiques. Dans les organismes pluricellulaires, des mécanismes similaires permettent la maintenance des tissus sains, tels que les intestins, l'épiderme ou la rétine, mais semblent également jouer un rôle dans l'établissement et la maintenance de l'hétérogénéité tumorale. < indique que la variance d'un processus, répété indépendamment N fois, est de l'ordre N, si bien que l'amplitude des fluctuations (repré-sentée par l'écart-type) rapportée à la moyenne diminue comme la racine carré de N, ce qui donne, par exemple, une fluctuation de 1 % lorsque 10 000 molécules sont en jeu. Force est de constater que de nombreux objets biologiques se comptent en petit nombre par cellule, à commencer par les gènes qui sont généralement présents en une seule copie et transcrits par dizaines chez les bactéries, et par centaines chez les eucaryotes. Ainsi, la loi statistique énoncée ci-dessus, donne lieu à une variabilité relative de 30 % pour N = 10 transcrits. Comme nous le verrons, bien que ce modèle soit extrêmement simplifié, le résultat correspond bien à la variabilité du niveau d'expression génétique qui est mesuré en général. Cette variabilité se maintient-elle au niveau de l'expression des protéines qui sont, elles, exprimées par milliers ? Peut-elle avoir des conséquences physiologiques à l'échelle de la cellule, des tissus, voire des organismes entiers ? Ces questions ont été abordées expérimentalement à l'échelle de la cellule unique par des mesures quantitatives essentiellement basées sur la microscopie de fluorescence et le traitement d'image automatisé. Nous examinerons comment les fluctuations thermiques, associées aux différents processus moléculaires, génèrent des fluctuations aléatoires, ou bruit, dans l'expression génétique. Nous verrons également comment ce bruit se transmet à travers les réactions intracellulaires. Lorsqu'il est associé à des architectures génétiques programmant des états cellulaires multiples, ce bruit génère de la diversité phénotypique dans les populations de cellules. Cela peut, d'une part, provoquer une résistance aux conditions adverses, en particulier aux traitements, et, d'autre part, conduire à l'établissement de proportions contrôlées entre plusieurs types cellulaires. Nous illustrerons ces propriétés dans le cas des microbes, puis dans le cadre d'organisme...

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“…Ce type de circuits moléculaires et d'autres plus complexes ont depuis été très étudiés théoriquement, notamment par R. Thomas et ses collègues [5]. La réalité de ces systèmes a été démontrée expérimentalement dès la fin des années 1950 avec l'exemple de l'opéron lactose inductible de A. Novick et M. Weiner chez la bactérie E. coli [6], puis à de multiples reprises au cours des cinquante dernières années, ce qui a permis à la biologie systémique de s'affirmer aujourd'hui comme discipline à part entière.…”

Section: Biologie Systémique : Des Concepts Historiques…unclassified

Biologie systémique

Carvunis¹,

Gomez²,

Thierry‐Mieg³

et al. 2009

Med Sci (Paris)

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La biologie systémique représente un important changement de paradigme scientifique par rapport à la biologie moléculaire des cinquante dernières années. La biologie moléculaire traditionnelle, de nature « réductionniste », s'est jusqu'ici concentrée principalement sur la caractérisation des composants individuels de la cellule, gènes, protéines, ou encore ARN non codants, avec pour but de comprendre la vie à partir de la caractérisation des macromolécules qui la constituent. Toutefois, protéines et ARN opèrent en interagissant les uns avec les autres, formant ainsi des systèmes dont la complexité peut difficilement être comprise une molécule à la fois. La biologie systémique, de nature « intégrative et holistique », entend comprendre la vie à partir de ces systèmes. Elle pose les questions biologiques en mettant l'accent sur le « tout » plutôt que sur les « parties ». Intrinsèquement interdisciplinaire, sa méthodologie originale est définie par un aller-retour dynamique entre expérimentation, travail informatique et théorique, formulation de nouvelles hypothèses scientifiques et développement technologique. La biologie systémique est l'étude des interactions entre les composants d'un système biologiqueLe terme « système » vient du grec sustêma qui signifie ensemble. Un système est un ensemble d'entités interagissant ou inter dépendantes , abstraites ou concrè-tes, dont l'union forme un tout. En biologie, une certaine confusion règne autour de cette définition car l'échelle d'étude d'un système peut lui valoir ou non l'appellation « système » selon l'opinion de celui qui le considère. En fait, il n'y a pas de limite théorique à la taille d'un système : libre à chacun de définir les bornes le délimitant de son environne-> L'idée selon laquelle les gènes et leurs produits sont les unités fondamentales de la biologie a profondément marqué la pensée scientifique de la seconde moitié du xx e siècle. Aujourd'hui, cette approche réductionniste est remise en cause par la renaissance de la biologie systémi-que, qui a pour objets d'étude les systèmes formés par les produits de gènes en interaction. Le développement de cette discipline est intimement lié aux développements biotechnologiques qui permettent d'interroger ces interactions systématiquement, ainsi qu'aux avancées théo-riques qui rendent possible leur modélisation. En recherche fondamentale comme biomédi-cale, la biologie systémique s'affirme comme un paradigme de choix pour comprendre les propriétés émergentes des systèmes biologiques complexes. < M. Vidal : Center for cancer systems biology (CCSB) and Department of cancer biology,

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Enzyme Induction as an All-or-None Phenomenon

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Epigenetics: from the past to the present

Epigenetics: from the past to the present

Hasard et destinée cellulaire

Biologie systémique

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