Struktúra-logika-funkció összefüggések vizsgálata genetikai hálózatokban
Title in English
Structure-logic-function relationships in gene regulatory networks
Keywords in Hungarian
szignál integráció, transzkripció szabályozás
Keywords in English
signal integration, transcriptional regulation
Discipline
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Department of Genetics (Eötvös Loránd University)
Starting date
2008-10-01
Closing date
2010-02-28
Funding (in million HUF)
6.560
FTE (full time equivalent)
1.05
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat elsődleges célja egy természetes, két inputtal rendelkező cisz szabályozó rendszer 16 változatának tervezése és elkészítése. Ez a 16 változat mindegyike különböző logika szerint integrálná a két bejövő szignált, ezzel kimerítve a Boole logika szerinti összes lehtőséget. Kutatásainkhoz modell rendszerként az Escherichia coli galaktóz (gal) regulonját választottuk a szabályozó régiók természetes diverzitása és a rendszer elemeinek sokoldalúsága miatt. Célunk további cisz szabályozó rendszerek létrehozása is, amelyek különböző szabályozó mechanizmusok kombinációjával, de azonos logikával integrálják a bejövő szignálokat. A gal regulonban természetesen jelen levő szabályozó mechanizmusok a térbeli gátlás, a szabályozó fehérje és RNS polimeráz kapcsolatán keresztül történő gátlás/aktiválás (contact inhibition/activation) és a DNS hurok képződés. Kvantitatív mérések után matematikai modelleket hoznánk létre, amelyek felhasználásával tanlmányozható lenne a különböző szabályozási mechanizmusok hatása a szabályozás input függvényére. A tervezett kutatás kibővítené jelenlegi tudásunkat a cisz szabályozó régiók komputációs lehetőségeiről. Ezen kívül bemutatnánk, hogyan lehet egy cisz szabályozó rendszert egy adott funkció végrehajtására "programozni" a cisz elemek újrarendezésével. Kísérleteink hosszabb távon hozzájárulnának annak a megértéséhez, hogy hogyan tervezhetünk szintetikus genetikai hálózatokat, vagy módosíthatunk már meglévőeket annak az érdekében hogy a sejtek működését egy adott funkcióra "újraprogramozzuk".
Summary
The primary objective of this proposal is to design and construct 16 variants of a natural two-input cis-regulatory system, each having a different logic of signal integration, covering all possibilities of Boolean logic. We would use the galactose (gal) regulon of Escherichia coli as a model system for this study because of the natural diversity and multifunctionality of its components. We also aim to construct cis-regulatory regions performing the same logic of signal integration using combinations of different mechanisms of transcription regulations. The mechanisms that are naturally present in the gal regulon are steric hindrance, contact inhibition/activation, and DNA looping. We would build mathematical models for the different regulatory setups based on quantitative experimental measurements, and study how the mechanisms of regulator action influence the input function of a gene. This project would improve our knowledge about the computing power of cis regulatory regions. We would also demonstrate how a cis-regulatory region can be “programmed” to perform a desired function by the appropriate arrangement of cis elements. Results obtained from this project will help to understand how to design synthetic gene circuits or modify existing moduls to reprogram cellular behavior.
