基于布尔网络模型的基因调控网络稳定性研究

【摘要】：基因调控系统的网络结构和功能性质以及它们之间的联系是系统生物学的一个重要的研究领域。由蛋白质、DNA、RNA等分子构成的基因调控网络调控着生物系统的各种生命活动。布尔网络模型可以研究基因调控网络的整体性质和稳定性,尤其是对真核生物细胞循环过程的稳定性进行了有效地研究。并且能够对这种调控网络进行重构,通过重构后的网络结构所体现出来的性质进一步探讨基因调控网络的重要功能特性变得非常有意义。 本文考虑哺乳动物细胞循环的G1/S期转化的检查点所构成的癌症网络,基于布尔网络理论,对这种调控网络的整体性质进行分析研究,主要研究成果如下： (1)将所构建的布尔网络模型进行计算机模拟,对哺乳动物细胞循环G1/S期转化的调控系统的稳定性进行了分析,发现所构建的调控网络结构具有高度的稳定性特点。模拟得到五个定态吸引子,其中一个吸引子的吸引力最大,有71.9%的初始态流入这个吸引子。在态空间上也存在着一个收敛的态的生物轨迹。 (2)将哺乳动物细胞循环G1/S期转化的调控网络结构与随机的网络结构进行比较,发现所研究的调控网络结构是鲁棒性设计的网络结构,比随机网络具有更强的抵抗外界干扰的能力。 (3)利用得到的态的功能序列对此调控网络结构进行了重构。发现重构后的最小主干网络同样满足态的时间序列功能,但是稳定性却遭到了破坏。而剩余网络结构则担当了保持系统稳定性特征的重要功能。