Журнал теоретических и вычислительных наук
Открытый доступ

Абстрактный

Роль генотипа в предсказуемости динамического поведения в сложных модельных сетях генной регуляции

Гарте С. и Альберт А.

Модели сетей регуляции генов (GRN) оказались полезными для понимания многих аспектов очень сложного поведения биологических сетей управления. Случайно сгенерированные небулевы сети использовались в экспериментальном моделировании для генерации данных о динамических фенотипах как функции нескольких генотипических параметров. Мы предположили, что топологический компонент генотипа сети может быть препятствием для открытия математических формул, которые могут предсказывать определенные фенотипические параметры. Наши данные подтверждают эту гипотезу. Мы количественно оценили эффект топологического генотипа (TGE) и определили его влияние на ряд динамических фенотипов в простых и сложных многогенных сетях. Для ситуаций, когда TGE был низким, можно было вывести формулы для предсказания некоторых фенотипов с хорошей точностью на основе числа генов сети, плотности взаимодействия и начальных условий. В дополнение к формулировке этих математических соотношений мы обнаружили ряд динамических свойств, включая сложное колебательное поведение, которые в значительной степени зависели от топологии генотипа и для которых такие формулы не были определены. Для комплексных измерений состояния экспрессии генов мы наблюдали различные модели колебаний, включая стабильную периодическую цикличность с широким диапазоном длин периодов, апериодическую цикличность и очевидную хаотическую динамику. Остается определить, применимы ли эти результаты к биологическим сетям регуляции генов.