Utilization of extracellular information before ligand-receptor binding reaches equilibrium expands and shifts the input dynamic range

Autores
Ventura, Alejandra; Bush, Alan; Vasen, Gustavo; Goldin, Matías Alejandro; Burkinshaw, Brianne; Bhattacharjee, Nirveek; Folch, Albert; Brent, Roger; Chernomoretz, Ariel; Colman Lerner, Alejandro Ariel
Año de publicación
2014
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Cell signaling systems sense and respond to ligands that bind cell surface receptors. These systems often respond to changes in the concentration of extracellular ligand more rapidly than the ligand equilibrates with its receptor. We demonstrate, by modeling and experiment, a general “systems level” mechanism cells use to take advantage of the information present in the early signal, before receptor binding reaches a new steady state. This mechanism, preequilibrium sensing and signaling (PRESS), operates in signaling systems in which the kinetics of ligand-receptor binding are slower than the downstream signaling steps, and it typically involves transient activation of a downstream step. In the systems where it operates, PRESS expands and shifts the input dynamic range, allowing cells to make different responses to ligand concentrations so high as to be otherwise indistinguishable. Specifically, we show that PRESS applies to the yeast directional polarization in response to pheromone gradients. Consideration of preexisting kinetic data for ligand-receptor interactions suggests that PRESS operates in many cell signaling systems throughout biology. The same mechanism may also operate at other levels in signaling systems in which a slow activation step couples to a faster downstream step.
Fil: Ventura, Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
Fil: Bush, Alan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
Fil: Vasen, Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
Fil: Goldin, Matías Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
Fil: Burkinshaw, Brianne. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
Fil: Bhattacharjee, Nirveek. University of Washington; Estados Unidos
Fil: Folch, Albert. University of Washington; Estados Unidos
Fil: Brent, Roger. Fred Hutchinson Cancer Research Center; Estados Unidos
Fil: Chernomoretz, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Fundación Instituto Leloir; Argentina
Fil: Colman Lerner, Alejandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina
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Feromona
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acceso abierto
Condiciones de uso
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CONICET Digital (CONICET)
Institución
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This mechanism, preequilibrium sensing and signaling (PRESS), operates in signaling systems in which the kinetics of ligand-receptor binding are slower than the downstream signaling steps, and it typically involves transient activation of a downstream step. In the systems where it operates, PRESS expands and shifts the input dynamic range, allowing cells to make different responses to ligand concentrations so high as to be otherwise indistinguishable. Specifically, we show that PRESS applies to the yeast directional polarization in response to pheromone gradients. Consideration of preexisting kinetic data for ligand-receptor interactions suggests that PRESS operates in many cell signaling systems throughout biology. The same mechanism may also operate at other levels in signaling systems in which a slow activation step couples to a faster downstream step.Fil: Ventura, Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Bush, Alan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Vasen, Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Goldin, Matías Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Burkinshaw, Brianne. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Bhattacharjee, Nirveek. University of Washington; Estados UnidosFil: Folch, Albert. University of Washington; Estados UnidosFil: Brent, Roger. Fred Hutchinson Cancer Research Center; Estados UnidosFil: Chernomoretz, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Fundación Instituto Leloir; ArgentinaFil: Colman Lerner, Alejandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaNational Academy Of Sciences2014-08info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/29590Ventura, Alejandra; Bush, Alan; Vasen, Gustavo; Goldin, Matías Alejandro; Burkinshaw, Brianne; et al.; Utilization of extracellular information before ligand-receptor binding reaches equilibrium expands and shifts the input dynamic range; National Academy Of Sciences; Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America; 111; 37; 8-2014; 3860-38690027-8424CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://www.pnas.org/content/111/37/E3860info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1073/pnas.1322761111info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-29T09:44:01Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/29590instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-29 09:44:01.335CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
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