Zuweisung von Zahlen zu den Pfeilen: Parametrisierung eines Genregulationsnetzwerks mittels genauer Ausdrucks-Kinetik

Eine grundlegende Herausforderung in der Systembiologie besteht darin, das dynamische Verhalten von Genregulationsnetzwerken zu verstehen. Aktuelle Ansätze zielen darauf ab, die Netzwerkstruktur basierend auf genomanalysedaten zu bestimmen. Allerdings reicht die Netzwerkverbindung allein nicht aus, um seine Dynamik zu definieren; man muss auch die kinetischen Parameter für die Regulationsreaktionen angeben. Hier stellen wir die Frage, ob effektive kinetische Parameter einem transkriptionalen Netzwerk basierend auf Ausdrucksdaten zugewiesen werden können. Wir präsentieren einen kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz, der auf genauen Messungen der Promotoraktivitäten aus lebenden Zellen mit hochzeitlicher Auflösung mittels grüner fluoreszierender Protein (GFP) Reportergen-Plasmide basiert. Wir präsentieren Algorithmen, die diese Daten verwenden, um effektive kinetische Parameter innerhalb eines mathematischen Modells des Netzwerks zuzuweisen. Um dies zu demonstrieren, verwenden wir ein gut definiertes Netzwerk, das SOS-DNA-Reparatursystem von Escherichia coli. Wir finden ein auffällig detailliertes zeitliches Expressionsprogramm, das mit der funktionalen Rolle der SOS-Gene korreliert und von einer Hierarchie effektiver kinetischer Parameterstärken für die verschiedenen Promotoren gesteuert wird. Die berechneten Parameter können verwendet werden, um die Kinetik aller SOS-Gene zu bestimmen, wobei das Expressionsprofil nur eines Vertreters berücksichtigt wird, was eine signifikante Reduzierung der Komplexität ermöglicht. Das Konzentrationsprofil des master SOS transkriptionalen Repressors kann berechnet werden, was zeigt, dass relative Proteinlevel aus rein transkriptionalen Daten bestimmt werden können. Diese Erkenntnis eröffnet die Möglichkeit, kinetische Parameter auf genomischer Ebene transkriptionalen Netzwerken zuzuweisen.