Моделирование генных сетей
advertisement
Моделирование генных сетей Доклад Беловой Веры Группа 213 Кафедра генетики Генные сети управляют процессами: — поддерживают в организме устойчивые состояния, характеризующиеся постоянством концентраций веществ (гомеостаз, стационарные состояния); — обеспечивают периодические незатухающие колебания концентраций определенных групп веществ (осцилляции, циклы); — контролируют необратимые процессы (развитие, рост, дифференцировка, апоптоз). Компоненты генной сети: 1. Ядро – группа координированно функционирующих генов 2. мРНК и белки, кодируемые этими генами 3.Пути передачи сигналов от клеточной мембраны к ядру 4.Внешние сигналы, гормоны, метаболиты и т.д. 5.Регуляторные контуры: положительные и отрицательные связи Обобщенный химико-кинетический метод моделирования ОХКММ ориентирован на формализованное, портретное описание функционирования произвольных биосистем. Формализация в рамках осуществляется на основе блочного подхода, который подразумевает проведение иерархичной декомпозиции до элементарных подсистем, описание которых проводится в терминах элементарных процессов. Описание элементарных процессов производится на основе формальных блоков. Обобщенный химико-кинетический метод моделирования Формальные блоки однозначно характеризуются: -упорядоченным списком формальных динамических переменных -упорядоченным списком формальных параметров -законом преобразования информации Процедура построения моделей в рамках ОХКММ Пример: Пусть имееть три «гена» а1, а2, а3, на которых синтезируются мРНК. Пусть на этих мРНК синтезируются белки. Мономерный продукт гена а1 ингибирует транскрипцию с генов а2 и а3, мономерные продукты генов а3 и а2 подобно ингибируют транскрипции с генов а1 и а2, а1 и а3. Пусть мономеры являются активаторами транскрипции собственных генов, а димеры – ингибиторами. Правило суммирования скоростей протекания элементарных процессов (правило суммирования правых частей) Пример модели регуляции созревания эритроцита. Состоит из 119 элементарных процессов. Содержит 68 динамических переменных и 178 констант База данных GeneNet. Визуализация ГС Модель активации макрофага База данных GeneNet. Визуализация ГС Модель активации макрофага Пример конструирования модели генной сети в MGSgenerator Рассмотрим генную сеть, содержащую ген cyp79b3, кодирующий транскрипционный фактор, который является автоингибитором инициации транскрипции. 4 элементарные подсистемы: подсистема синтеза и транспорта мРНК из ядра в цитоплазму, подсистема синтеза и доставки белка из цитоплазмы в ядро, подсистема деградации мРНК и белка Пример конструирования модели генной сети в MGSgenerator где g – концентрация гена cyp79b3, r – концентрация мРНК cyp79b3, p – концентрация белка Cyp79b3, kr и kp – константы активации, kba – константа базальной активности, kdr и kdp – константы деградации, ki – константа ингибирования, kg – Хилловский коэффициент. Расширяемость программы MGSgenerator Развитие моделирования ГС актуально как с точки зрения углубления понимания закономерностей функционирования генных сетей, так и с точки зрения выработки эффективных стратегий направленного воздействия на них, в том числе с целью корректировки их функции, а также для конструирования генных сетей с заранее заданными свойствами. Области применения моделей ГС : 1. Изучение патологических процессов, протекающих на клеточном и организменном уровне. Так, например, математическая модель системы регуляции внутриклеточного гомеостаза холестерина может быть потенциально применена для изучения таких заболеваний как атеросклероз, гиперхолестеринемия и т.д. Модель ГС регуляции дифференцировки эритроидной клетки пригодна для изучения различных видов анемий и гипоксий. 2. Идентификации генетических и биохимических дефектов и анализ их воздействий на функцию ГС. 3. Развитие оптимальных методов воздействия на исследуемые биологические системы для нормализации их функции, например, при разработке новых терапевтических, либо фармакологических средств. Спасибо за внимание!
