Моделирование булевскими сетями цикла клеточного деления Schizosaccharomyces pombe

• Автор: Давидич, Мария Ивановна
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Глава 1. Основные подходы к моделированию биологических регуляторных сетей
1.1. Основные биологические принципы клеточной регуляции
1.2. Принципы построения математических моделей регуляторных сетей
1.3. Булевские сети
1.4. Булевские сети в системной биологии
Глава 2. Булевская модель нормального цикла клеточного деления дрожжей
2.1. Клеточный цикл дрожжей
2.2. Основные узлы, регулирующие процесс деления
2.3. Динамическая булевская модель
2.4. Результаты моделирования нормального цикла деления клетки
2.5. Влияние малых возмущений начальных условий
2.6. Обсуждение; и выводы по главе
Глава 3. Булевская модель цикла клеточного деления дрожжей при аномальной активности управляющих белков
3.1. Введение: булевский подход к описанию мутации генов и аномальной активности управляющих белков
3.2. Раширенная булевская модель клеточного цикла б1. РотЬе
3.3. Булевское моделирование аномальной активности управляющих белков
3.4. Обсуждение и выводы по главе
Глава 4. Взаимосвязь подходов к моделированию клеточного цикла на основе систем обыкновенных дифференциальных уравнений и булевских сетей
4.1. Введение: ОДУ модель Тайсона-Новака
4.2. Стационарные состояния системы ОДУ
4.3. Переход к логическим булевским функциям
4.4. Полная модель, редуцированная к булевской сети
4.5. Результаты численного моделирования динамики модели, редуцированной к булевской сети
4.6. Обсуждение и выводы по главе
Заключение
Литература
Приложение А. Библиотека программ МАТЬАВ-РАЗЕК для
работы с булевскими сетями
А.1. Функциональное назначение библиотеки программ, область ее
применения
А.2. Техническое описание библиотеки программ
А.З. Программный код

Актуальность работы
На сегодняшний день центральная задача системной биологии состоит в создании моделей, которые способны прогнозировать динамику сложных молекулярных взаимодействий, контролирующих функции живых организмов. В качество примеров развитых текущих проектов, посвященных комплексному математическому моделированию процессов в клетке можно отметить международный проект “E-cell”
Известно, что функции, управляющие клеточными механизмами, могут быть формализованы на основе построения сетей, задающих генные и метаболические процессы. При этом анализ их динамических свойств на основе классического подхода, базирующегося на системах дифференциальных уравнений, является весьма сложным. Для него требуются обширные данные о биохимических взаимодействиях компонентов, которые, как правило, недоступны в достаточном объеме. Кроме того, решение больших систем жестких дифференциальных уравнений имеет существенную вычислительную сложность.
В то же время, существует подход, преодолевающий данную трудность. Этот подход был впервые предложен в работах С. Кауфмана [lj и основан на использовании булевских сетей. Он позволяет редуцировать пространство состояний до дискретной совокупности, каждый из элементов которой может принимать только два значения, соответствующих возбужденному и невозбужденному состояниям. При этом взаимодействия подчиняются правилам булевской алгебры. Этот подход наиболее эффективен при моделировании
Таблица 3.2. Эволюция состояний узлов при нормальном цикле деления клетки.
Номер шага Старт С!81 /С(1с2 С.щ2 /САс 2 Рис1 /САс2 сас2 /СЛ:13 Й1Р9 Ишл! яР1 Туг 15 Veel С<]с25 рр Фаза Комментарии
1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 Старт в1 Старт О! С<1с2/С<1с13 димеры подавлены, антагонисты находятся в активном состоянии
2 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 С.1 .ЯК становятся активными
3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 С1/3 01/5 когда С<1с2/С<к13 и БК димеры деактивируют Ншп1 и ЯюО/АРС, клетка проходит через СТАРТ и происходит репликация ДНК. С<1с2/'Сс1с13 начинает постепенно набирать активность
-1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 02 Активность С<1с2/Сск13 достигает среднего уровня. который достаточен для вхождения в фазу С(к2/С<1с13, но не в митоз, т.к. УЛнИ/МИН подавляет мономер С<1с2-Туг15, что препятствует полной активации
5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 02 Обладая средним уровнем активности, С<1с2/С<1с13 может активировать (Мс25
6 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 О 2/М С<1с2о аннулирует фосфорилизацию, удаляя ингибирующую фосфатную группу и делая, тем самым, мономер С<1с2-Туг15 активным
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 С2/М С<к2/Сс1с13 достигает высокой активности, которая достаточна для активации Б1р 1 /АРС (С<1с2/Сс1с.13 и '1Уг15 оба активны) и клетка входит в фазу митоза
8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 М Я1р1 удаляет С(1с13 и активирует неизвестную фос-фатазу
9 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 М Антагонисты С<1с2/С(1с13 восстановлены
10 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 01 С<1с2 теряет свою активность, т.к. С(1с13 деградирован, клетка достигает стационарного состояния