从代谢网络到基因调控网络的反馈揭示大肠杆菌与枯草芽孢杆菌中的调控模块
分子网络
2018-11-21 v1
摘要
基因调控网络(GRN)在控制细胞对环境变化的响应中起着关键作用。尽管 GRN 的结构已被大量研究，但从代谢网络(MN)反馈视角出发的大规模结构却相对较少受到关注。在此，我们考虑 MN 的反馈，研究 GRN 的因果结构，即一个组分对另一个组分的影响链。首先，我们考虑不含 MN 反馈的大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的 GRN，并阐明其因果结构。接着，我们通过纳入以下两类连接将各自的 MN 反馈增补到 GRN 中：(a) 从编码酶的基因到这些酶催化反应中产生或消耗的代谢物的连接；(b) 从代谢物到编码转录因子的基因的连接，这些代谢物通过结合转录因子改变其转录活性。我们发现，将 MN 反馈纳入 GRN 显著影响其因果结构，特别是层级中节点层数及相对位置，以及强连通分量(SCC)的数量和规模。随后我们研究了 SCC 的功能意义。为此，我们通过通量平衡分析(FBA)技术模拟特定环境条件，仅保留那些在特定环境条件下生长所必需的酶，从而识别从 MN 到 GRN 的条件特异性反馈。我们发现，由这些反馈增强的 GRN 的 SCC 可被赋予生物体中特定的功能角色。因此，我们的算法方法揭示了具有特定功能的相对自主子系统，即生物体中的调控模块。这一自动化方法可用于识别其他具有网络数据但生物学研究较少的生物体中生物学相关的模块。
引用
@article{arxiv.1803.03473,
title = {Feedbacks from the metabolic network to the genetic network reveal regulatory modules in E. coli and B. subtilis},
author = {Santhust Kumar and Saurabh Mahajan and Sanjay Jain},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.03473},
year = {2018}
}
备注
15 figures