生命复杂系统为何抗干扰?跨学科研究揭示多层(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】在多层生物分子网络模型中,敲除基因调控网络中的基因会影响到蛋白质相互作用网络,从而进一步影响代谢网络。通过评估敲除基因调控网络中基因对代
在多层生物分子网络模型中,敲除基因调控网络中的基因会影响到蛋白质相互作用网络,从而进一步影响代谢网络。通过评估敲除基因调控网络中基因对代谢层鲁棒性的影响,发现移除基因层中代谢疾病相关基因会对代谢层的鲁棒性造成更大的破坏。并且通过与度保留的随机删除实验对比,验证了该结果的统计有效性。
图3. 针对与血脂异常相关的基因(红)比随机攻击(蓝)对代谢网络造成更大的破坏
真实的生物网络真的脆弱吗?
现有生物是由漫长的进化而来,那么我们的生物网络是否比随机的生物网络更加鲁棒呢?为了确定真实生物分子网络的鲁棒性程度,考虑多种版本的随机模型:(1)层内随机模型,即随机化过程发生在基因调控层、蛋白质相互作用层或代谢层内;(2)层间随机模型,基因-蛋白质或蛋白质-代谢物被随机重新连接。结果发现真实网络模型比随机模型具有更强的鲁棒性。
图4. 比较真实生物多层网络(填充符号)和随机模型(未填充符号)的鲁棒性
简化的理论解析框架
模拟大规模生物分子网络中基因失效的过程往往复杂且耗时,作者根据生成函数和渗流理论提出了一个解析框架。通过对里面公式的数值计算,可快速有效预测大规模生物分子网络中的级联失效过程和最终的鲁棒性大小。该预测结果与仿真实验结果一致,验证了该框架的有效性。
图5. 去除1-p节点后多层分子网络中的最终功能节点大小。实线表示理论预测,坐标点表示实际数据
总 结
作者提出了一个包含调节蛋白质和代谢相互作用的多层分子网络的极简模型,并为分析系统的鲁棒性建立了一个理论框架。设计了一个模拟的扰动过程来表征每个基因对整个系统的鲁棒性的贡献,发现有影响的基因在基本基因和癌症基因中丰富。预示了代谢层在代谢疾病相关的基因受到干扰时更容易受到影响。此外,发现实际网络比预期的鲁棒性更强。最后,从层内和层间的度分布出发,分析推导出多层生物网络的鲁棒性。这些结果可帮助理解遗传扰动后细胞内动力演化过程,验证了在复杂生物系统模型中包括相互作用的不同层次之间的耦合的重要性。
闫贤 | 作者邓一雪 | 编辑
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文章来源:《中国分子心脏病学杂志》 网址: http://www.zgfzxzbxzzzz.cn/zonghexinwen/2021/0324/406.html