网络模体

复杂的生物调控网络可以分解为一些基本的结构单元。其中最简单的网络模体是自调控的正反馈和负反馈回路。[1] 其他常见的网络模体包括信号级联传导网络(cascade)、反馈环(feedback loops)和前馈环(feed-forward loops)等。这些网络模体是在细胞真实网络中出现频率高的基本单元。[2]

网络拓扑与功能的对应关系:

·自调控的正反馈-延缓响应时间、产生双稳态。

·自调控的负反馈-加快基因回路的响应时间、对生成速率的波动有鲁棒的性质。

·相互抑制的基因调节网络-按键式开关,也是具有双稳态的记录装置[3]

.非一致型前馈环-自适应、脉冲发生器、信号敏感的响应加速器

.一致型前馈环-信号敏感的延迟元件、非对称的滤波器

.三节点负反馈回路-振荡器[4]

.单输入模块-调节参与特定的代谢途径的基因。这个模块是由主转录因子来控制一组相关的基因,可产生时间上的顺序关系。有两个主要类型“后进先出”型和“先进先出”型。

网络的特征

.层级性

.模块化

.鲁棒性

.结构冗余性

.网络进化

网络组合设计的原则:

·生物网络在一定程度上可以看做由功能上相对独立的模块构成。例如细胞周期调控模块、DNA修复损伤模块等

·设计基因网络,应该以受扰动变化最小的参数来决定网络功能。

·超过三节点的网络,已无法通过穷举筛选。因此,采用逆向工程的理论计算和模块组合的方法来构造多节点、多功能的网络,筛选出较高鲁棒性网络模块。

参考资料

  1. ^ Alon, Uri. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. CRC Press https://books.google.co.uk/books/about/An_Introduction_to_Systems_Biology.html?id=tcxCkIxzCO4C&redir_esc=y. 2006-07-07 [2019-01-10]. ISBN 9781584886426. (原始内容存档于2019-01-11) (英语).  缺少或|title=为空 (帮助)
  2. ^ Alon, U.; Chklovskii, D.; Kashtan, N.; Itzkovitz, S.; Shen-Orr, S.; Milo, R. Network Motifs: Simple Building Blocks of Complex Networks. Science. 2002-10-25, 298 (5594): 824–827 [2019-01-10]. ISSN 1095-9203. PMID 12399590. doi:10.1126/science.298.5594.824. (原始内容存档于2021-04-13) (英语). 
  3. ^ Collins, James J.; Cantor, Charles R.; Gardner, Timothy S. Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli. Nature. 2000-01, 403 (6767): 339–342 [2019-01-10]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/35002131. (原始内容存档于2022-03-20) (英语). 
  4. ^ Leibler, Stanislas; Elowitz, Michael B. A synthetic oscillatory network of transcriptional regulators. Nature. 2000-01, 403 (6767): 335–338 [2019-01-10]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/35002125. (原始内容存档于2021-04-21) (英语).