Carl Troein
Forskare
Gene Regulatory Networks: Dynamics and Stability
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Alla levande varelser består av celler. En cell innehåller ett stort antal kemiska föreningar, och särskilt viktiga är proteiner och DNA. Proteiner utför många livsnödvändiga kemiska reaktioner, och DNA består av gener som beskriver hur dessa proteiner konstrueras. En gen kan vara uttryckt, så att det protein den beskriver - kodar för - tillverkas, men den kan också vara avstängd om proteinet inte behövs.
Förmågan att reagera på förändringar i omvärlden är en viktig egenskap hos alla former av liv. Signaler kan förmedlas från cellens yttre eller inre miljö via kedjor av kemiska reaktioner som ofta involverar proteiner. De proteiner som på så vis påverkas kan börja göra saker de inte gjorde innan. Framför allt kan vissa av dem - transkriptionsfaktorer - binda till DNA och styra vilka gener som uttrycks. Somliga styrda gener kodar själva för transkriptionsfaktorer, och därför har cellen ett helt nätverk av gener som kontrollerar varandra.
För att allmänt förstå hur sådana genregleringsnätverk fungerar kan man skapa modeller av dem, och studera modellernas uppförande. Mer grovhuggna modeller är enklare att arbeta med och dra slutsatser från, men kan också avvika mer från verkligheten. Särskilt enkla är booleska nätverk, där varje gen antas vara antingen på eller av, utan mellanlägen. I sådana nätverk är attraktorer, tillstånd som inte går att lämna, av intresse för sin koppling till biologins celltyper. Det är dessutom viktigt att ett genregleringsnätverk inte är alltför känsligt för störningar. I artiklarna I-III undersöker vi hur olika sorters slumpmässigt byggda booleska nätverk klarar sig i dessa båda avseenden, baserat på tanken att det genomsnittliga beteendet säger någonting om biologins nätverk, med förbehållet att riktiga nätverk har formats av evolutionen under lång tid och inte uppstått ur tomma intet.
Andra halvan av avhandlingen handlar om något mer konkreta problemställningar. I artikel IV försöker vi uppskatta hur aktiva några signalvägar är genom att mäta uttrycktsnivån hos de gener som - åtminstone i vissa fall - styrs av dem. Detta berör också frågan om hur relevanta signalvägarna är som beskrivningar av hur systemet fungerar.
Stamceller är celler som kan ge upphov till många olika sorters celler och ändå själva finnas kvar, och även om vi inte kan leva utan dem måste de hållas under sträng kontroll. Det centrala genregleringsnätverket i embryonala stamceller är helt nyligen upptäckt, och hur det styr stamcellernas öde undersöks i artikel V.
Artikel VI, slutligen, handlar om en riktigt grundläggande aspekt av genregleringsnätverk: under vilka omständigheter det alls lönar sig att reglera hur mycket en gen uttrycks.
Alla levande varelser består av celler. En cell innehåller ett stort antal kemiska föreningar, och särskilt viktiga är proteiner och DNA. Proteiner utför många livsnödvändiga kemiska reaktioner, och DNA består av gener som beskriver hur dessa proteiner konstrueras. En gen kan vara uttryckt, så att det protein den beskriver - kodar för - tillverkas, men den kan också vara avstängd om proteinet inte behövs.
Förmågan att reagera på förändringar i omvärlden är en viktig egenskap hos alla former av liv. Signaler kan förmedlas från cellens yttre eller inre miljö via kedjor av kemiska reaktioner som ofta involverar proteiner. De proteiner som på så vis påverkas kan börja göra saker de inte gjorde innan. Framför allt kan vissa av dem - transkriptionsfaktorer - binda till DNA och styra vilka gener som uttrycks. Somliga styrda gener kodar själva för transkriptionsfaktorer, och därför har cellen ett helt nätverk av gener som kontrollerar varandra.
För att allmänt förstå hur sådana genregleringsnätverk fungerar kan man skapa modeller av dem, och studera modellernas uppförande. Mer grovhuggna modeller är enklare att arbeta med och dra slutsatser från, men kan också avvika mer från verkligheten. Särskilt enkla är booleska nätverk, där varje gen antas vara antingen på eller av, utan mellanlägen. I sådana nätverk är attraktorer, tillstånd som inte går att lämna, av intresse för sin koppling till biologins celltyper. Det är dessutom viktigt att ett genregleringsnätverk inte är alltför känsligt för störningar. I artiklarna I-III undersöker vi hur olika sorters slumpmässigt byggda booleska nätverk klarar sig i dessa båda avseenden, baserat på tanken att det genomsnittliga beteendet säger någonting om biologins nätverk, med förbehållet att riktiga nätverk har formats av evolutionen under lång tid och inte uppstått ur tomma intet.
Andra halvan av avhandlingen handlar om något mer konkreta problemställningar. I artikel IV försöker vi uppskatta hur aktiva några signalvägar är genom att mäta uttrycktsnivån hos de gener som - åtminstone i vissa fall - styrs av dem. Detta berör också frågan om hur relevanta signalvägarna är som beskrivningar av hur systemet fungerar.
Stamceller är celler som kan ge upphov till många olika sorters celler och ändå själva finnas kvar, och även om vi inte kan leva utan dem måste de hållas under sträng kontroll. Det centrala genregleringsnätverket i embryonala stamceller är helt nyligen upptäckt, och hur det styr stamcellernas öde undersöks i artikel V.
Artikel VI, slutligen, handlar om en riktigt grundläggande aspekt av genregleringsnätverk: under vilka omständigheter det alls lönar sig att reglera hur mycket en gen uttrycks.
Avdelning/ar
- Beräkningsbiologi och biologisk fysik - Har omorganiserats
Publiceringsår
2007
Språk
Engelska
Fulltext
- Available as PDF - 881 kB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Department of Theoretical Physics, Lund University
Ämne
- Biophysics
Nyckelord
- systems
- control
- Datalogi
- numerisk analys
- system
- kontroll
- Computer science
- numerical analysis
- Fysik
- biomathematics biometrics
- Bioinformatik
- medicinsk informatik
- biomatematik
- Physics
- medical informatics
- transcriptional regulation
- gene regulatory networks
- Bioinformatics
- signaling pathway profiling
- stem cell regulation
- metabolic pathway
- fitness
- nested canalyzing rules
- Kauffman networks
- random Boolean networks
- Fysicumarkivet:2007:Troein
Status
Published
Handledare
- Carsten Peterson
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-628-7118-5
Försvarsdatum
13 april 2007
Försvarstid
13:15
Försvarsplats
Lecture hall F, Department of Theoretical Physics
Opponent
- Stefan Bornholdt (Professor)