Математическое моделирование генетической регуляторной системы SOS-ответа у бактерий Escherichia coli

• Автор: Аксенов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

1 Динамическая модель ехАгесЛсистемы

1.1 Экспериментальные данные по регуляции ехЛгесАсистемы

1.1.1 Центральная роль 1ехАгссАснстемы в регуляции БОБответа

1.1.2 Действие продукта гена ехА

1.1.3 Действие продукта гена гесА

1.1.4 Активация продукта гена гесА

1.2 Модель репрессии транскрипции продуктом гена ехА .

1.3 Динамика продуктов генов ехА и гесА

1.3.1 Скорости изменения концентраций
1.3.2 Уравнения модели.
1.3.3 Параметры модели
2 Модель динамики индуцирующего сигнала для ехАгесАсистемы после УФоблучения
2.1 Биохимические данные по индуцирующему сигналу после
УФоблучения
2.2 Динамика индуцирующего сигнала после УФоблучения . .
2.2.1 Уравнения модели для клеток дикого типа.
2.2.2 Уравнения модели для клеток мутанта
2.2.3 Параметры модели .
3 Динамика ехЛгесЛсисгемы после УФоблучения
3.1 Модель индукции гена
32 Безразмерные уравнения
3.3 Качественное исследование уравнений модели.
3.3.1 Неиндуцированная ехЛгесЛсистема
3.3.2 Индуцированная 1ехАгесАс истема.
3.4 Численное исследование уравнений модели
3.4.1 Оптирование параметров
3.4.2 Устойчивость особых точек системы
3.4.3 Динамика концентрации продукта гена x А.
3.4.4 Динамика концентраций продуктов генов тесА и
3.4.5 Динамика концентрации активного продукта гена
3.4.6 Динамика индуцирующего сигнала
3.4.7 Дозаэффект при индукции гесА и .
Заключение
Литература


На основе этих и других наблюдений в дальнейшем было сделано предположение о том, что мутагенез у Е. УФизлучением, также как и некоторые другие индуцибельные клеточные реакции называемые в совокупности ответом, находится под контролем генетической регуляторной системы, состоящей из генов Ix и xсистемы 7. Таким образом, у бактерий . системы. Для того, чтобы понять механизм генетического действия излучения, необходимо разобраться в механизме регуляции и функционирования генетической регуляторной 1ехАгесАснстемы. Особенность xсистемы у . Эта особенность сближает структуру IxгесЛсистемы с генетическими регуляторными системами в эукариотических клетках, которые контролируют процессы клеточного развития или дифференциации. Кроме того, существуют данные, указывающие на существование подобных генетических регуляторных систем в эукариотических клетках, контролирующих клеточные реакции на излучение, в том числе и радиационноиндуцированный мутагенез. Итак, исследование генетической регуляторной Ixистемы важно, вопервых, потому, что это прольет свет на структурнофункциональную организацию и механизмы регуляции Ixсистемы и подобных генетических регуляторных систем как у прокариот, так и у эукариот вовторых, потому, что это прояснит механизмы радиационноиндуцированного мутагенеза у прокариот, и намекнег па. К настоящему времени накоплено достаточно много молекулярнобиологических и генетических данных, касающихся организации и функционирования ехАтес Асистемы. Одним из способов изучения динамики сложных многокомпонентных регуляторных систем, таких, как ехАсистема, является построение математических моделей, описывающих структуру и функционирование этих систем. Математическое моделирование регуляторных систем необходимо для решения следующих задач. Идентифицировать принципы структурного устройства, генетических регуляторных систем. Проанализировать динамику ответа нормальных дикого типа и мутантных клеток на внешнее индуцирующее воздействие. Предсказать количественные эффекты мутаций в компонентах системы на регуляторные выходы. Проверить состоятельность и полноту лежащей в основе модели гипотетической схемы регуляторной системы. Целью настоящей работы является разработать динамическую модель генетической регуляторной 1ехАгссАсистемы разработать модель, описывающую динамику уровня индуцирующего сигнала после облучения УФсветом на основе предложенных моделей проанализировать динамическое поведение x Агес1системы и индуцирующего сигнала, после действия УФизлучения в клетках . ответа. Для решения поставленных задач изучения генетической регуляторной x А тес А си стем ы в работе использовался обычный метод изучения биологических систем, состоящий в построении динамической модели и ее описание дифференциальными уравнениями, т. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. В начале каждой главы приводится постановка задачи и краткое изложение результатов. В первой главе предложена математическая модель генетической регуляторной xсистемы. Модель описывает взаимодействие генов 1ехА и А и их продуктов, а также индуцирующего сигнала, с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений относительно концентраций продуктов генов x А и гес1 и уровня индуцирующего сигнала. В второй главе предложена математическая модель, описывающая динамику уровня индуцирующего сигнала для 1ехАгесАспстемы, после действия УФ излучения. Получены уравнения для уровня сигнала для клеток дикого типа. Для клеток мутанта, уровень индуцирующею сигнала как функция времени вычислен в явном виде. В третьей главе методами качественной теории дифференциальных уравнений проведено качественное исследование уравнений модели и показано, что особая точка системы является асимптотически устойчивой. С помощью численного решения уравнений модели проведено исследование динамики ответа бактерий . А и гесА, продукта гена гесА в активной форме, продукта гена , являющегося членом кхАгесАсистемы, и уровня индуцирующего сигнала.