ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Bevezetés a rendszerbiológiába

•Download as PPTX, PDF•
•
I
improvemed

I. Hogyan működnek a rendszerek?

1 of 22
Download to read offline
Improved Medical Education in Basic Sciences for Better Medical Practicing ImproveMEd Rendszerbiológia orvostudományhoz I. Bevezetés a rendszerbiológiába - Hogyan működnek a rendszerek?
Valószínűleg tudja, mindenki, mire való ez a gép…
A daraboló élektől függően bármilyen mintájú vágott zöldség lehetséges. Csak a vágóelemek megvizsgálásával előre megjósolható, mi lesz az eredmény.
Meg tudjuk mondani, mi ez a gép?
Minél összetettebb egy rendszer, annál nehezebb megjósolni az általa teljesített összes lehetséges funkciót. Képzeljünk el rendszert, amely 100 000 darabból áll ... sejtenként ...
A rendszerbiológia megpróbálja megérteni, ahogy a molekulák kölcsönhatásba lépnek és egyesülnek ahhoz, hogy szubcelluláris mechanizmusokat hozzanak létre, melyek olyan funkcionális egységet alkotnak, amik a sejtek, szövetek/szervek fiziológiai funkciókhoz szükségesek Iyengar, 2000s
A 20. század az egyedi molekulákkal (röntgen-kristályosodás) és bináris kölcsönhatásukkal (enzim kinetikával) foglalkozott 1962.
Mi az inzulin jelátvitel célja? Choi & Kim, 2010, skeletal muscle ↑ Felvétel a vázizomban és a zsírban ↑ Glycogen szintézis az izomban ↓ Máj glükóztermelés ↓ lipolízis az adipocitákban A sejten kívüli információkat olyan reakciósorokká alakítják át, amelyek végső kimenetele - az intracelluláris folyamatok szabályozása . Az inzulin jelátvitel célja a glükózfelvétel fokozása és a sejtmemória metabolizmusának ösztönzése!
A transzdukciós folyamat matematikailag modellezhető és a végtermékeket kiszámolható? Ha tudjuk a ligand és a receptor kiindulási koncentrációját, valamint az előremenő és a reverz reakció arányait, akkor kiszámíthatjuk, hogyan alakul a termék az idő függvényében. Radioligand-vizsgálatokat alkalmazzuk az egyéni kísérletek sebességi állandójának és receptor koncentrációjának mérésére.
A jelátviteli folyamat (teljes jelátviteli út) a közönséges differenciálegyenletek (ODE) sorozataként írható, amelyek az enzimreakciók reprezentálására szolgálnak, a receptortól kezdődően és a végtermékekkel történő befejezéshez.
cAMP-függő protein kináz A - Krebs & Fisher (1992) G-fehérjék - Gilman & Rodbell (1994.) Β-adrenerg receptorok - Lefkowitz & Kobilka (2012.) Bottom-up megközelítés: az egyéni kísérletek és a bináris molekuláris kölcsönhatások független felfedezései. Hipotézis alapú tanulmányok!
Ha az egyik jelátviteli útvonaltól származó egységek kölcsönhatásba lépnek egy másik útvonal entitásával, az útvonalak hálózatokká válnak.
1. A rendszerbiológia a molekuláris biológiára, a biokémiai és a sejtbiológiára épít, valamint a biológiai kölcsönhatásokról már felhalmozott tudást is felhasználja. 2. A rendszerbiológia a számítástechnikai modellek számos kísérletéből integrálja a létező tudást. A célja olyan összetett interakciókból eredő funkciókat megtalálása, amelyek nem megjósolhatók az egyes összetevők (pl. jelátviteli hálózatban lévő kapcsoló jelenléte, robusztusság ...) vizsgálatával.
A kapcsolási viselkedés felfedezése számítási szimuláció és kísérleti bizonyítékok alapján legelőször a MAP- kináz hálózatban történt meg. Csak akkor, ha az EGF szintje 5 nM fölött volt 100 percen át, a MAPK szintje nem tért vissza a kiindulási értékhez, de magas maradt. Az egyik üzemmódot a másikra váltó (pihenőállapot / megosztás) kapcsolócella beépült az egymással kölcsönhatásba levő jelzőútvonalak (PLCγ-PKC és Ras-Raf-MAPK) hálózatába Bhalla & Iyengar (1999) Science 283: 381-7.
A jelátviteli utak olyan motívumok, amelyek hasonlítanak az elektronikus hálózatokhoz, pl. visszacsatolási hurkok. A pozitív és negatív szabályozókkal ellátott visszacsatoló hurkok a fiziológiás körülmények széles skáláján működnek - két állapot között oszcillálnak - amit rugalmasságnak és robusztusságnak ismerünk. Bhalla & Iyengar, 2001. Pozitív regulátorok Negatív regulátorok
3. A rendszerbiológiai olyan kísérleteket használ, amely során egyszerre több molekuláris egységet mérünk. Top-Down megközelítés - nagy adat és átfogó kép, amely speciális matematikai modelleket, statisztikai eszközöket és bioinformatikát igényel. Hipotéziseket generáló tanulmányok!
A nagy mennyiségű adatot (big data) alkalmazó első tanulmányok egyike: Iyer et al. (1999) A transzkripciós program az emberi fibroblasztok szérumra adott válaszában. Science. 283: 83-7 A mikroarrayeket 9996 elem egyidejű mérésére használták, amely 8613 humán gént jelentett a szérum kezelés utáni 8 óra időintervallumban. A szérumfosztott sejtekből származó RNS-t Cy3- jelölt cDNS előállítására alkalmaztuk, míg a stimulált sejtekből származó RNS-t Cy5-jelölt cDNS előállítására alkalmaztuk. Iyer et al. (1999)
Molekulák: • DNS- gének + nem kódoló szekvenciák • RNS mRNS, tRNS, rRNS, miRNS, snRNS, scRNA ... • fehérjék • lipidek • metabolitok
OMICS = kísérleti megközelítés, amely egyidejűleg mér számos egyedi egységet ugyanabban az időpontban, mely nagy adathalmazt eredményez. Gyakran használják különböző időpontok vagy különböző feltételek közötti összehasonlításra. Genomika - bizonyos fiziológiai funkciókban szerepet játszó gének. Proteomika - együtt expresszált gének. Metabolikusok - sok metabolit létezik egyidejűleg egy sejtben, szövetben vagy szervben.
A bioinformatika a nagy adatok kereshető módon történő szervezésével és a kulcsadatok kibontásával foglalkozó tudományág. A nagy adatok nyilvánosan elérhetőek a következő helyeken: GEO (mRNS profilozás), Target Scan (mikroRNS), Swiss-Prot (fehérjék), OMIM (betegség gének), DbGAP (genom-szintű társulási vizsgálatok).
Két fő megközelítést használatos az adatbázisból történő számításhoz: 1. olyan entitások listájának létrehozása, amelyek statisztikailag együttesen kapcsolódnak ugyanahhoz az alapbázishoz, (abban az időpillanatban és adott körülmények között) - pl. minden együtt expresszált fehérje éhezéskor 2. statisztikailag kapcsolt egységek listájának generálása a különböző alapok között - pl. minden expresszált mRNS Down- szindrómában.
1. A rendszerbiológia a biokémia, a molekuláris biológia és a sejtbiológia területére épít 2. A rendszerbiológia az OMICS-ekben kialakított kísérleteket használja. 3. Az összegyűjtött nagy adatok további elemzése során statisztikai módszereket, bioinformatikai megközelítést és különböző típusú modelleket alkalmazunk. 4. A rendszerbiológia fő célja az, hogy felfedezze a rejtett mechanizmusokat és funkciókat, amelyek a rendszer egészéből származnak, és amelyeket nem lehet kimutatni az egyes részek megfigyelésével.

More Related Content

Bevezetés a rendszerbiológiába

  • 1. Improved Medical Education in Basic Sciences for Better Medical Practicing ImproveMEd Rendszerbiológia orvostudományhoz I. Bevezetés a rendszerbiológiába - Hogyan működnek a rendszerek?
  • 2. Valószínűleg tudja, mindenki, mire való ez a gép…
  • 3. A daraboló élektől függően bármilyen mintájú vágott zöldség lehetséges. Csak a vágóelemek megvizsgálásával előre megjósolható, mi lesz az eredmény.
  • 4. Meg tudjuk mondani, mi ez a gép?
  • 5. Minél összetettebb egy rendszer, annál nehezebb megjósolni az általa teljesített összes lehetséges funkciót. Képzeljünk el rendszert, amely 100 000 darabból áll ... sejtenként ...
  • 6. A rendszerbiológia megpróbálja megérteni, ahogy a molekulák kölcsönhatásba lépnek és egyesülnek ahhoz, hogy szubcelluláris mechanizmusokat hozzanak létre, melyek olyan funkcionális egységet alkotnak, amik a sejtek, szövetek/szervek fiziológiai funkciókhoz szükségesek Iyengar, 2000s
  • 7. A 20. század az egyedi molekulákkal (röntgen-kristályosodás) és bináris kölcsönhatásukkal (enzim kinetikával) foglalkozott 1962.
  • 8. Mi az inzulin jelátvitel célja? Choi & Kim, 2010, skeletal muscle ↑ Felvétel a vázizomban és a zsírban ↑ Glycogen szintézis az izomban ↓ Máj glükóztermelés ↓ lipolízis az adipocitákban A sejten kívüli információkat olyan reakciósorokká alakítják át, amelyek végső kimenetele - az intracelluláris folyamatok szabályozása . Az inzulin jelátvitel célja a glükózfelvétel fokozása és a sejtmemória metabolizmusának ösztönzése!
  • 9. A transzdukciós folyamat matematikailag modellezhető és a végtermékeket kiszámolható? Ha tudjuk a ligand és a receptor kiindulási koncentrációját, valamint az előremenő és a reverz reakció arányait, akkor kiszámíthatjuk, hogyan alakul a termék az idő függvényében. Radioligand-vizsgálatokat alkalmazzuk az egyéni kísérletek sebességi állandójának és receptor koncentrációjának mérésére.
  • 10. A jelátviteli folyamat (teljes jelátviteli út) a közönséges differenciálegyenletek (ODE) sorozataként írható, amelyek az enzimreakciók reprezentálására szolgálnak, a receptortól kezdődően és a végtermékekkel történő befejezéshez.
  • 11. cAMP-függő protein kináz A - Krebs & Fisher (1992) G-fehérjék - Gilman & Rodbell (1994.) Β-adrenerg receptorok - Lefkowitz & Kobilka (2012.) Bottom-up megközelítés: az egyéni kísérletek és a bináris molekuláris kölcsönhatások független felfedezései. Hipotézis alapú tanulmányok!
  • 12. Ha az egyik jelátviteli útvonaltól származó egységek kölcsönhatásba lépnek egy másik útvonal entitásával, az útvonalak hálózatokká válnak.
  • 13. 1. A rendszerbiológia a molekuláris biológiára, a biokémiai és a sejtbiológiára épít, valamint a biológiai kölcsönhatásokról már felhalmozott tudást is felhasználja. 2. A rendszerbiológia a számítástechnikai modellek számos kísérletéből integrálja a létező tudást. A célja olyan összetett interakciókból eredő funkciókat megtalálása, amelyek nem megjósolhatók az egyes összetevők (pl. jelátviteli hálózatban lévő kapcsoló jelenléte, robusztusság ...) vizsgálatával.
  • 14. A kapcsolási viselkedés felfedezése számítási szimuláció és kísérleti bizonyítékok alapján legelőször a MAP- kináz hálózatban történt meg. Csak akkor, ha az EGF szintje 5 nM fölött volt 100 percen át, a MAPK szintje nem tért vissza a kiindulási értékhez, de magas maradt. Az egyik üzemmódot a másikra váltó (pihenőállapot / megosztás) kapcsolócella beépült az egymással kölcsönhatásba levő jelzőútvonalak (PLCγ-PKC és Ras-Raf-MAPK) hálózatába Bhalla & Iyengar (1999) Science 283: 381-7.
  • 15. A jelátviteli utak olyan motívumok, amelyek hasonlítanak az elektronikus hálózatokhoz, pl. visszacsatolási hurkok. A pozitív és negatív szabályozókkal ellátott visszacsatoló hurkok a fiziológiás körülmények széles skáláján működnek - két állapot között oszcillálnak - amit rugalmasságnak és robusztusságnak ismerünk. Bhalla & Iyengar, 2001. Pozitív regulátorok Negatív regulátorok
  • 16. 3. A rendszerbiológiai olyan kísérleteket használ, amely során egyszerre több molekuláris egységet mérünk. Top-Down megközelítés - nagy adat és átfogó kép, amely speciális matematikai modelleket, statisztikai eszközöket és bioinformatikát igényel. Hipotéziseket generáló tanulmányok!
  • 17. A nagy mennyiségű adatot (big data) alkalmazó első tanulmányok egyike: Iyer et al. (1999) A transzkripciós program az emberi fibroblasztok szérumra adott válaszában. Science. 283: 83-7 A mikroarrayeket 9996 elem egyidejű mérésére használták, amely 8613 humán gént jelentett a szérum kezelés utáni 8 óra időintervallumban. A szérumfosztott sejtekből származó RNS-t Cy3- jelölt cDNS előállítására alkalmaztuk, míg a stimulált sejtekből származó RNS-t Cy5-jelölt cDNS előállítására alkalmaztuk. Iyer et al. (1999)
  • 18. Molekulák: • DNS- gének + nem kódoló szekvenciák • RNS mRNS, tRNS, rRNS, miRNS, snRNS, scRNA ... • fehérjék • lipidek • metabolitok
  • 19. OMICS = kísérleti megközelítés, amely egyidejűleg mér számos egyedi egységet ugyanabban az időpontban, mely nagy adathalmazt eredményez. Gyakran használják különböző időpontok vagy különböző feltételek közötti összehasonlításra. Genomika - bizonyos fiziológiai funkciókban szerepet játszó gének. Proteomika - együtt expresszált gének. Metabolikusok - sok metabolit létezik egyidejűleg egy sejtben, szövetben vagy szervben.
  • 20. A bioinformatika a nagy adatok kereshető módon történő szervezésével és a kulcsadatok kibontásával foglalkozó tudományág. A nagy adatok nyilvánosan elérhetőek a következő helyeken: GEO (mRNS profilozás), Target Scan (mikroRNS), Swiss-Prot (fehérjék), OMIM (betegség gének), DbGAP (genom-szintű társulási vizsgálatok).
  • 21. Két fő megközelítést használatos az adatbázisból történő számításhoz: 1. olyan entitások listájának létrehozása, amelyek statisztikailag együttesen kapcsolódnak ugyanahhoz az alapbázishoz, (abban az időpillanatban és adott körülmények között) - pl. minden együtt expresszált fehérje éhezéskor 2. statisztikailag kapcsolt egységek listájának generálása a különböző alapok között - pl. minden expresszált mRNS Down- szindrómában.
  • 22. 1. A rendszerbiológia a biokémia, a molekuláris biológia és a sejtbiológia területére épít 2. A rendszerbiológia az OMICS-ekben kialakított kísérleteket használja. 3. Az összegyűjtött nagy adatok további elemzése során statisztikai módszereket, bioinformatikai megközelítést és különböző típusú modelleket alkalmazunk. 4. A rendszerbiológia fő célja az, hogy felfedezze a rejtett mechanizmusokat és funkciókat, amelyek a rendszer egészéből származnak, és amelyeket nem lehet kimutatni az egyes részek megfigyelésével.