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한빛사논문

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김대욱
김대욱Dae Wook Kim

KAIST

Sci. Adv., 18 Mar 2022 • Vol 8, Issue 11 | DOI: 10.1126/sciadv.abl4598 Systematic inference identifies a major source of heterogeneity in cell signaling dynamics: The rate-limiting step number

Dae Wook Kim1,2†‡, Hyukpyo Hong1,2†, Jae Kyoung Kim1,2*

1Department of Mathematical Sciences, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon 34141, Republic of Korea. 2Biomedical Mathematics Group, Institute for Basic Science, Daejeon 34126, Republic of Korea.

*Corresponding author.
†These authors contributed equally to this work.
‡Present address: Department of Mathematics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.

Abstract

Identifying the sources of cell-to-cell variability in signaling dynamics is essential to understand drug response variability and develop effective therapeutics. However, it is challenging because not all signaling intermediate reactions can be experimentally measured simultaneously. This can be overcome by replacing them with a single random time delay, but the resulting process is non-Markovian, making it difficult to infer cell-to-cell heterogeneity in reaction rates and time delays. To address this, we developed an efficient and scalable moment-based Bayesian inference method (MBI) with a user-friendly computational package that infers cell-to-cell heterogeneity in the non-Markovian signaling process. We applied MBI to single-cell expression profiles from promoters responding to antibiotics and discovered a major source of cell-to-cell variability in antibiotic stress response: the number of rate-limiting steps in signaling cascades. This knowledge can help identify effective therapies that destroy all pathogenic or cancer cells, and the approach can be applied to precision medicine.

논문정보

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  • 홍혁표(KAIST)

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  • Bio통신원
  • 2022. 03. 21
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