Моделирование генных сетей

реклама
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!
Скачать