Базовая математическая модель для описания процессов регуляции биосинтеза белков

 pdf (241K)

В работе предложена модель для описания кинетики основных процессов регуляции биосинтеза белков. При построении искомой модели к этим процессам в первую очередь были отнесены регуляция транскрипции РНК, посттранскрипционная обработка РНК, ядерный транспорт для РНК и белков, а также регуляция трансляции РНК и посттрансляционная обработка белков. Главной задачей данной модели является обеспечение базового инструмента для моделирования внутриклеточной биохимии, который будет опираться только на физически строгие уравнения и биологически обоснованные параметры. Для достижения этой цели мы разделяем переменные на два блока: численности в ядре и численности в цитоплазме клетки для белков и РНК, а также применяем принцип геометрической вероятности при выводе уравнений модели. При этом все воздействия на уровне транскрипции моделируются с помощью специальных переменных - вероятностей присоединения регуляторного комплекса к гену. Частным примером такого комплекса является РНК-полимераза, и, соответственно, изменяя вероятность ее присоединения к гену, осуществляется прямое воздействие на частоту инициации транскрипции.

Ключевые слова: внутриклеточная биохимия, генные сети, регуляция генов, ядерный транспорт
Цитата: Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки, 2016, т. 26, вып. 4, с. 515-524
DOI: 10.20537/vm160406

The basic mathematical model for the description of regulatory processes of protein biosynthesis

In this paper we propose a model to describe the kinetics of the main processes regulating protein biosynthesis. For the resulting model we include above all the following processes: regulation of RNA transcription, splicing, nuclear transport, as well as regulation of the RNA translation. The main objective of this model is to provide some basic tools for the modelling of the intracellular biochemistry, which will be based on physically rigorous equations and biologically sound coefficients. To achieve this goal, we divide variables into two blocks: the number in the nucleus and the number in the cell cytoplasm for proteins and RNA, and apply the principle of geometric probability. Moreover, all the effects on gene transcription are modelled by using special variables, the probabilities of attachment of the regulatory complex to the gene. A specific example of such a complex is the RNA polymerase, and accordingly, by changing the probability of its connection to DNA one will change directly the rate of the gene transcription initiation.

Keywords: intercellular biochemistry, gene regulatory networks, gene expression regulation, nuclear transport
Citation in English: Bulletin of Udmurt University. Mathematics, Mechanics, Computer Science, 2016, vol. 26, issue 4, pp. 515-524

Журнал индексируется в Scopus

Журнал входит в базы данных zbMATH, MathSciNet

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Журнал включен в перечень ВАК.

Электронная версия журнала на Общероссийском математическом портале Math-Net.Ru.

Журнал включен в Crossref