Войти
Логин:
Пароль:
Забыли пароль?
научная деятельность
структура институтаобразовательные проектыпериодические изданиясотрудники институтапресс-центрконтакты
русский | english
Лаборатория № 2 >> Основные направления исследований >> Разработка и программная реализация мате...

Разработка и программная реализация математических моделей и алгоритмов в биоинформатике (совместно с лабораторией № 6)

Модель аттенюаторной регуляции экспрессии генов у бактерий

Цель создания такой модели – возможно более полно представить различные эффекты, в совокупности образующие механизм, известный как классическая РНК-овая регуляция экспрессии генов с помощью терминации транскрипции (классическая аттенюаторная регуляция, КАР). Модель опирается на представление о макросостоянии вторичной структуры в регуляторной области РНК между рибосомой и РНК-полимеразой, на зависимость резонансного типа, определяющую величину замедления РНК-полимеразы набором шпилек в той же области, на представление процессов инициации и элонгации транскрипции и трансляции. Модель воспроизводит все известные этапы процесса, а именно: посадку рибосомы на область Шайна-Дальгарно; движение рибосомы по цепи мРНК; посадку РНК-полимеразы на промотор и движение ее по цепи ДНК; образование и последующая перестройка вторичной структуры на участке мРНК между рибосомой и РНК-полимеразой; замедление полимеразы в результате резонансного взаимодействия со шпильками вторичной структуры, сложившейся в ходе транскрипции; вплоть до одного из двух возможных исходов - срыва РНК-полимеразы с ДНК (преждевременная терминация транскрипции) или выхода полимеразы в активную область гена, что приводит к экспрессии соответствующего фермента (антитерминация).

Для моделирования используется метод Монте-Карло. В результате многократного запуска модели образуется семейство траекторий, приводящих к одному из двух указанных исходов, что позволяет оценить степень активности фермента в зависимости от концентрации регулирующей данный ген аминокислоты в клетке или в среде. Для КАР характерна монотонная зависимость определенного вида, подтвержденная в ряде биологических экспериментов in vitro, поэтому получение (или отсутствие) такой зависимости является аргументом в пользу наличия или отсутствия данного вида регуляции у еще не изученных генов без проведения дорогостоящих экспериментов.

Обычные вычислительные трудности, сопряженные со стохастическим моделированием, в данной работе удалось успешно преодолеть благодаря предложенной системе бинарных коммутативных LRXY-отношений между элементами спиралей, потенциально возможных в данной последовательности. Будучи раз вычисленными, эти отношения в дальнейшем позволяют вывести из рассмотрения нереализуемые или топологически недопустимые конфигурации спиралей и тем самым существенно сократить перебор при моделировании перестройки вторичной структуры. В результате удалось достичь быстродействия модели более высокого (часто - в сотни раз), чем время протекания соответствующих процессов в организме. Это позволило реализовать модель не только в виде программы, но и в форме Web-сервиса http://lab6.iitp.ru/rnamodel, который работает в режиме массового обслуживания.

В дальнейшем на основе этой модели предполагается получить предсказания о влиянии точечных мутаций в регуляторных областях на результат аттенюаторной регуляции, включая предсказания об эволюционной устойчивости организмов. Другое возможное использование модели: сейчас аттенюаторная регуляция обычно предсказывается in silico на основе множественного выравнивания последовательностей для ряда родственных (в каком-то отношении) организмов, а с помощью модели можно предсказывать наличие или отсутствие аттенюации по индивидуальной последовательности.

НОВОСТИ И ОБЪЯВЛЕНИЯ
Открытый семинар Сектора анализа данных в нейронауках №10.3: 7.12.2016 (понедельник), 11:00, ауд. 61...
Семинар по структурному обучению: 08.12.2016 (четверг), 17:00, ауд.615 ИППИ. В. В. Ульянов "Асимптот...
Семинар "Структурные модели и глубинное обучение": 6.12.2016 (вторник), ауд. 615 ИППИ,18:30. Bykov...
Семинар по теории кодирования: 6.12.2016 (вторник),19:00, ауд.307 ИППИ. Сергей Еханин "Максимально в...
Семинар Добрушинской математической лаборатории: 6.12.2016 (вторник), 16:00, ауд. 307 ИППИ РАН. Геор...
На портале Постнаука в рамках проекта "Математические прогулки" опубликована статья от первого лица ...
Игорь Кричевер, главный научный сотрудник ИППИ РАН, директор Центра перспективных исследований Скол...
28 октября на Ученом совете сотрудники ИППИ РАН вспоминали И.А. Овсеевича, которому 19 ноября 2016 г...
Все новости   
 

 

  © Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук, 2016
Об институте  |  Контакты  |  Старая версия сайта