[Sep 1, 2014] 이남기 교수 연구실 - Contribution of RNA polymerase concentration variation to protein expression noise

[Sep 1, 2014] 이남기 교수 연구실 - Contribution of RNA polymerase concentration variation to protein expression noise

Nature Communications doi:10.1038/ncomms5761

모든 생명 현상은 확률에 의해 결정되는 화학반응이기 때문에, 100% 동일한 유전자를 가진 세포도 세포마다 생성할 수 있는 단백질 양은 매우 다르다. 이러한 현상을 잡음, 혹은 노이즈라 부르며, 특히 세포의 적응이나 발달, 사멸을 조절하는 중요한 현상으로 알려져 있다. 하지만, 이러한 노이즈 현상이 세포 내에서 어떻게 조절되고 전달되는지는 중요한 문제로 남아 있다.
이남기 교수 연구팀 (통합과정 양소라, 김승현, 김철희, 안형전 학생) 은 중앙대 이론연구진과 공동연구를 통해 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 2014년 9월 1일자에 RNA중합효소 농도 변화가 이러한 현상에 어떤 영향을 미치는지에 대해 최초로 규명해냈다. 이 연구성과는 박테리아가 항생제에 내성을 가지게 되는 경로를 규명하는 한편, 세포 속 ‘무작위성’을 인위적으로 조절하는데 응용할 수 있다. 

Cell-to-cell variation in gene expression, or noise, is a general phenomenon observed within cell populations. Transcription is known to be the key stage of gene expression where noise is generated, however, how variation in RNA polymerase (RNAP) concentration contributes to gene expression noise is unclear. Here, we quantitatively investigate how variations in absolute amounts of RNAP molecules affect noise in the expression of two fluorescent protein reporters driven by identical promoters. We find that intrinsic noise is independent of variation in RNAP concentrations, whereas extrinsic noise, which is variation in gene expression due to varying cellular environments, scales linearly with variation in RNAP abundance. Specifically, the propagation of RNAP abundance variation to expressed protein noise is inversely proportional to the concentration of RNAP, which suggests that the change in noise that results from RNAP fluctuations is determined by the fraction of promoters that is not occupied by RNAP.