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!
