Компьютерный анализ и моделирование структурно-функциональной организации и эволюции генных сетей, контролирующих развитие крыла Drosophila melanogaster

• Автор: Гунбин, Константин Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 212 с. : ил. + Прил. (110с.: ил.)

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Качественное описание объекта, исследуемого в диссертации

1.2 Генные сети и молекулярногенетические системы.

1.2.1 Классификация генных сетей.

1.2.2 Основные особенности генных сетей индивидуального развития на примере

генных сетей онтогенеза i

1.3 Формальное описание генных сетей и их логический анализ

1.3.1 Г енные сети и графы.

1.3.2 Моделирование качественной динамики функционирования генных сетей с

помощью сетей Петри
1.4 Технические средства описания генных сетей.
1.5 Моделирование количественной динамики функционирования генных сетей
развития.
1.5.1 Химикокинетическое моделирование
1.5.1.1 Описание ответа клеток на химические вещества
1.5.1.2 Моделирование с учетом топологий графов генных сетей.
1.5.2 Стохастическое моделирование.
1.6 Ранее созданные математические модели каскада передачи сигналов.
1.6.1 Модель фон Дассоу и коллег
1.6.2 Модель Лаи и коллег .
1.7 Адаптивная эволюция генов и молекулярногенетических систем
1.7.1 Критерий адаптивной молекулярной эволюции
1.7.2 Принципиальные ограничения на адаптивную эволюцию генов,
детерминирующих морфологические признаки.
1.7.3 Адаптивная эволюция генов многоклеточных животных
1.7.4 Эволюция молекулярногенетических систем, детерминирующих развитие
организмов.
1.8 Аппарат поиска адаптивных режимов эволюции генов.
1.8.1 Классические методы выявления событий адаптивной молекулярной
эволюции генов.
1.8.2 Методы выявления событий адаптивной молекулярной эволюции генов,
основанные на принципе максимального правдоподобия.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ 1.
II ГЕННЫЕ СЕТИ МОРФОГЕНЕЗА КРЫЛА I РЕКОНСТРУКЦИЯ И ЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ .
II. 1 Реконструкция генных сетей с использованием компьютерной технологии
II. 1.1 Метод реконструкции генных сетей
II. 1.2 Информационное наполнение генных сетей
.2 Логический анализ реконструированных генных сетей.
.2.1 Средства логического анализа генных сетей.
.2.2 Результаты логического анализа генных сетей.
.2.2.1 Анализ связности компонентов генных сетей.
.2.2.2 Анализ регуляторных контуров, обнаруженных в генных сетях.
.3 Сети регуляторных событий формирования переднезадней и спиннобрюшной
границ компартментов крылового имагинального диска . .
II.3.1 Реконструкция и анализ сетей регуляторных событий.
.3.2 Анализ динамики функционирования регуляторных
контуровпереключателей
.3.3 Сеть регуляторных событий формирования переднезадней границы
компартментов крылового имагинального диска
.3.4 Сеть регуляторных событий формирования спиннобрюшной границы
компартментов крылового имагинального диска.
.3.5 Сети регуляторных событий формирования пространственной
разделенности крылового имагинального диска по переднезаднему и спиннобрюшному направлениям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ II.
III МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРНОГО КОН ТУРАПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ, ОТВЕТСТВЕННОГО ЗА ФОРМИРОВАНИЕ АНТЕРИОПОСТЕРИОРНОЙ ГРАНИЦЫ КРЫЛОВОГО ИМАГИНАЛЬНОГО ДИСКА I .
III. 1 Формулировка математической модели
III. 1.1 Биологические предпосылки модели.
III. 1.2 Аппарат конструирования химикокинетической схемы
III. 1.3 Схема кинетики блока, воспринимающего градиент концентрации
морфогена
1.2 Метод расчета стационарных решений
1.3 Результаты численного моделирования.
1.3.1 Верификация системы
1.3.2 Анализ устойчивости к изменениям кинетических параметров.
1.3.3 Анализ адекватности различных гипотез взаимодействия морфогена
и его рецептора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ III
IV АДАПТИВНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ КОМПОНЕНТОВ КАСКАДА СИГНАЛОВ
IV. 1 Материалы и методы анализа эволюции генов каскада
I V.2 Результаты и интерпретация анализа режимов эволюции генов каскада
IV.2.1 Потенциальные точки приложения адаптивной эволюции в каскаде
передачи сигналов.
IV.2.2 Эволюция морфогена и компонентов каскада сигналов, отвечающих
за распространение и восприятие
IV.2.3 Эволюция компонентов интеграции каскада передачи сигналов с
другими сигнальными каскадами.
IV.2.4 Эволюция специфических компонентов каскада передачи сигналов
IV.2.5 Эволюция транскрипционных факторов, связанных с IIкаскадом
IV.2.6 Эволюция молекулярногенетических систем, детерминирующих
морфогенез и адаптивная эволюция генов каскада сигналов
IV.2.7 Сопоставление режимов эволюции генов каскада сигналов с
параметрической устойчивостью модели каскада сигналов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ IV
V ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ.
ПРИЛОЖЕНИЯ .
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


КЕСОРАТНАУ, база данных КЕСЮЛЖТНОЕСЮУ содержит информацию о генах ортологах и паралогах в соответствии с классификацией по молекулярнобиологическим механизмам, информация о которых содержится в КЕвСРАПШАУ, кроме того, база данных КЕССРАТЬШАУ связана с системой классификации биохимических реакций. Другая объектноориентированная аннотируемая база данных ТЯАЫ8РАТН . КгиИ М. Все пути передачи сигналов в базе данных представлены в виде бинарных графов, содержащих молекулы и реакции, которые организованы в иерархические группы. В организации групп молекул белков учитываются ортологи и паралоги, а также спектр различных транскриптов одного гена. Реакции подразделяются на 3 иерархических уровня отдельные реакции, сигнальные каскады и процессы, описывающиеся в терминах семантики сигнальных каскадов базовых молекул сигнальных каскадов. Имеются модули визуализации и анализа данных. РаЛхуауВиПбег позволяет представить граф молекулярно биологических взаимодействий в разных ракурсах учитывая объем сети, направление пути передачи сигнала, сложности сети. Совсем иной тип имеет аннотируемая база данных Iiv v. Т., . База данных имеет структуру, основанную на номенклатуре генов, принятых консорциумом , и представлена в виде цитируемых отрывков статей, содержащих информацию о процессах развития . Более технически оснащенными и автоматизированными банками данных являются аннотируемые банки данных, специализирующиеся на депонировании информации о метаболических путях. Подобные банки данных имеют гораздо меньше сложностей 1 в представлении данных, 2 биологической объективности классификации биологических объектов и отношений между ними, 3 в наполнении данными. Одним из лидирующих интернетдоступных аннотируемых банков данных такого типа является . Данные в банке данных иерархически организованы в соответствии с онтологией компонентов клеток, международной классификацией типов ферментов ЕС код фермента, данными о типах метаболического путей. Ресурс содержит информацию более чем о 0 метаболических путях у 0 организмов. В Институте цитологии и генетики СО РАН создана постоянно пополняемая, интернет доступная база данных , реализующая концепцию генных сетей . РОСПАТЕНТ от Е. А. , , . База данных объектноориентированная база. Е.А. База предназначена для систематизации и визуализации информации по функционированию генных сетей эукариот. Формат позволяег учитывать блочномодульный принцип организации генных сетей. Компоненты генной сети разделены на три типа элементарные объекты, взаимодействия между ними и компартменты, в которых находятся объекты и идут события. Объектами являются органы, ткани, клетки, клеточные компартменты, белки, небелковые вещества, гены, РНК и общие факторы например, свет, температура, оказывающие воздействия на другие объекты. Более того, технология базы данных позволяет добавлять новые классы объектов. Например, при описании белков указывается 1 обозначение белка полное и краткое название, синонимы названия, 2 функциональное состояние, 3 степень мультимеризации, 4 модификации белка, 5 ген, кодирующий данный белок, 6 клетки, в которых проводился эксперимент, 7 ссылки на внешние базы данных и на литературный источник информации. Взаимодействия между объектами делятся на реакции молекулярные события, в результате которых образуются новые объекты транскрипция, трансляция, мультимеризация белков и т. Все взаимодействия между объектами делятся на два класса прямые и косвенные. Описание компартмента включает имя, его синонимы, а также поле словесного описания. Имеются опции, определяющие вид компартмента на данной диаграмме цвет, форма. Объекты, локализованные в компартменте, описываются в списке объектов, причем в списке объектов могут быть и вложенные компартменты. Формат базы данных позволяет также обобщить данные для разных видов организмов. Важно, что для работы с базой данных сконструирован интерактивный редактор . При использовании специалистбиолог может не знать внутреннее устройство базы данных, производя только исследовательскую работу.