A positive-feedback-based bistable ‘memory module’ that governs a cell fate decision

爪蟾 双稳态 细胞命运测定 细胞周期蛋白依赖激酶1 卵母细胞 蛋白激酶A 细胞生物学 刺激(心理学) MAPK/ERK通路 生物 激酶 非正面反馈 正面反馈 细胞 细胞周期 转录因子 物理 生物化学 心理学 胚胎 电压 工程类 电气工程 基因 心理治疗师 量子力学
作者
Wen‐Cheng Xiong,James E. Ferrell
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:426 (6965): 460-465 被引量:777
标识
DOI:10.1038/nature02089
摘要

The maturation of Xenopus oocytes can be thought of as a process of cell fate induction, with the immature oocyte representing the default fate and the mature oocyte representing the induced fate1,2. Crucial mediators of Xenopus oocyte maturation, including the p42 mitogen-activated protein kinase (MAPK) and the cell-division cycle protein kinase Cdc2, are known to be organized into positive feedback loops3. In principle, such positive feedback loops could produce an actively maintained ‘memory’ of a transient inductive stimulus and could explain the irreversibility of maturation3,4,5,6. Here we show that the p42 MAPK and Cdc2 system normally generates an irreversible biochemical response from a transient stimulus, but the response becomes transient when positive feedback is blocked. Our results explain how a group of intrinsically reversible signal transducers can generate an irreversible response at a systems level, and show how a cell fate can be maintained by a self-sustaining pattern of protein kinase activation.

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