Математическое моделирование эукариотических систем управления экспрессией генов: исследование динамики генных сетей Drosophila melanogaster и arabidopsis thaliana, управляющих онтогенетическими процессами

• Автор: Галимзянов, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 03.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 154 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ .
ГЛАВА 1. ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПРЕССИЕЙ ГЕНОВ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ГЕННЫХ СЕТЕЙ

обзор литературы

1.1. Молекулярные механизмы управления экспрессией генов эукариот

1.1.1. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции .

1.1.2. Синтез и процессинг молекул РНК

1.1.3. Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции мРНК и посттрансляционные измения свойств белков

1.1.4. Метилирование ДНК .

1.1.5. Экспрессия генов и мобильные генетические элементы

1.2. Эпигенныс системы .
1.3. Эукариотические генные сети
1.4. Направления теоретических исследований в области генных сетей
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Подсистема управления морфогенезом цветка ii i
2.2. Генная сеть, управляющая ранним онтогенезом плодовой
мушки i .
2.3. Краткое описание метода обобщенных пороговых моделей .
2.4. Об объектноориентированном программировании.
2.5. Описание автоматизированного пакета программного обеспечения i
2.5.1. Блоки архитектуры модули программы
2.5.2. Структура данных.
2.5.3. Функциональные возможности
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОРФОГЕНЕЗОМ ЦВЕТКА
I 1
3.1. Вводные замечания .
3.2. Построение математической модели подсистемы управления морфогенезом цветка ii i АТПУМ2.
3.2.1. Исходные положения
3.2.2. Описание блоков модели.
3.2.2.1. Синтетические блоки
3.2.2.2. Блок формирования белокбелкового комплекса 3I
3.2.3. Блоксхема модели .
3.3. Функционирование модели. Получение кинетических кривых для молекулярных компонентов белков системы
3.4. Интерпретация результатов моделирования .
3.5. Обсуждение.
3.5.1. Краткое описание модели АТПУМ1.
3.5.2. Построение модели АТПУМ
3.5.3. Динамика в модели АТПУМ
3.5.4. Сопоставление методов и результатов моделирования
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГЕННОЙ СЕТИ, УПРАВЛЯЮЩЕЙ РАННИМ ОНТОГЕНЕЗОМ I
4.1. Вводные замечания .
4.2.1 остроение математической модели генной сети, управляющей
ранним онтогенезом i УГС
4.2.1. Базовые предпосылки
4.2.2. Описание блоков модели.
4.2.3. Блоксхема модели .
4.3. Функционирование модели.
4.3.1. Кинетические параметры и их значения .
4.3.2. Начальные данные
4.3.3. Результаты компьютерных экспериментов.
4.4. Интерпретация результатов проецирование динамики в модели
на компартменты эмбриона
4.5. Обсуждение .
ГЛАВА 5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ГЕННЫХ
СЕТЕЙ, УПРАВЛЯЮЩИХ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ.
5.1. Постановка задачи
5.2. Тестирование параметрической устойчивости модели АТГ1УМ2
5.2.1. Описание компьютерных экспериментов
5.2.2. Результаты и их интерпретация
5.3. Тестирование параметрической устойчивости модели ОгУГС1
5.3.1. Описание компьютерных экспериментов
5.3.2. Результаты и их интерпретация
5.4. Процедура тестирования параметрической устойчивости моделей генных сетей в стационарных состояниях
5.5. Обсуждение .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Эукариотические гены разделяются на три класса в зависимости от особенностей механизмов транскрипции, с помощью которых происходит считывание генетической информации с первичных нуклеотидных последовательностей молекул ДНК, включая тип транскрибирующей их ДНКзависимой РНКполимерзы 1, II или III и структуру промоторов, а также типа кодируемых молекул РНК , i, , i, . На генах класса I синтезируются большие рибосомные РНК рРНК 5,8, и . РНК мРНК и все, за исключением одной 6, малых ядерных РНК мяРНК. Гены класса III кодируют короткие стабильные РНК малую рибосомную 5, транспортные РНК тРПК, некоторые малые цитоплазматические РНК, 6мяРНК и др. Поскольку предшественники мРНК премРНК, которые после процессинга транслируются в белки, синтезируются исключительно РНКполимеразой II на генах класса II, в данном разделе рассматриваются механизмы регуляции генной экспрессии для генов именно этого класса. Самая большая субъединица содержит Сконцевой домен xi i, , имеющий консенсуспоследовательность вида . Существует две формы РНКполимеразы II с гипо А и гиперфосфорилированным О . РНКполимераза НА вместе с определенным набором транскрипционных факторов на стадии инициации транскрипции образует прештциационный транскрипционный комплекс ii iiii x, I. РНКполимераза НО входит в состав комплекса элонгации. Для инициации транскрипции необходимо, чтобы РНКполимераза II в составе I распознала последовательность корового промотора i . Основными элементами коровых промоторов являются ТАТАбокс iv, , инициаторный элемент iii , , i, , Vi, , обогащенный нуклеотидами сайт связывания II i, , и др. С этой последовательностью связывается белок ТВР ii i, входящий в состав основного транскрипционного фактора II. Последовательность 1пг окружает сайт старта транскрипции, распознается комплексом , входящим в состав I1, и обеспечивает возможность инициации транскрипции в отсутствии ТАТАбокса. Формирование транскрипционного комплекса происходит при участии транскрипционных факторов. ДНК комплекс ДНКбелок Вингендер, i . В структуру типичного ТФ входят, за некоторым исключением, следующие домены ДНКсвязывающий, димеризационный олигомеризационный, трансактивирующий или трансрепрессирующий домен, лигандсвязывающий и модулирующий часто является мишенью для модифицирующих ферментов. Транскрипционные факторы регулируют процесс транскрипции на двух уровнях при сборке Р1С иили посредством взаимодействия с уже собранным I самостоятелыю или в составе других регуляторных комплексов , . Основные транскрипционные факторы выделены по способности обеспечивать вместе с РНКполимеразой II i vi точность инициации транскрипции и ее минимальную интенсивность базальную транскрипцию , . К основным ТФ, помимо II, относятся 1I, II, II и II. В экспериментах i vi показано, что образование функционального транскрипционного комплекса может происходить посредством пошаговой сборки I на корпромоторе i . Обнаружена также возможность предварительного формирования холофермента состоящего из РНКполимеразы II и различных неполных наборов основных ТФ с последующим взаимодействием его с корпромотором i . После связывания ТАТАфактора с ДНК в области промотора, этот фактор обычно остается в составе стабильного базального транскрипционного комплекса, участвующего в многократных циклах транскрипции, осуществляемой РНКполимеразой II. Специфические ТФ взаимодействуют с различными регуляторными участками ДНК проксимальными промоторными элементами, энхансерами, сайленсерами и др. Георгиев, Корочкин, . Проксимальные промогорные элементы располагаются выше старта транскрипции на расстоянии до нескольких соген п. К ним о тносятся, в частности, ССААТ и последовательности , , . Данный сайт предназначен для связывания с ДНК фактора транскрипции i, ix, . ССААТблок, имеющий консенсуспоследовательность , располагается в области от до 0 п. СЕВР ССААТ энхансерсвязывающие белки iv, i, . Совокупность корового промотора и проксимальных элементов называют промотором iv, , . Энхансеры имеют длину 0 п. Георгиев, Корочкин, . В отличие от энхансеров, сайленсеры подавляют транскрипционную активность , i, . Элементарными единицами энхансеров являются регуляторные модули длиной до п. ТФ определенного семейства регуляторных белков, а в ряде случаев нескольких различных семейств.