22. maj 2019. u 18:15h, Matematički fakultet, sala 718

Dinamika regulacije restrikciono-modifikacionih sistema bakterija: od biofizičkih modela ka sintetičkoj biologiji

Anđela Rodić i Stefan Graovac

U sredu 22. maja, sa početkom u 18:15 sati, u sali 718 na Matematičkom fakultetu biće održan sastanak seminara Bioinformatika.

Apstrakt

Restrikciono-modifikacioni (R-M) sistemi su male genske mreže bakterija, često u potpunosti kodirane plazmidima, koje obezbeđuju ekspresiju dva enzima: restrikciona endonukleaza (RE) seče specifične DNK sekvence, dok ih metiltransferaza (MT) štiti od sečenja. Osnovni zadatak R-M sistema je da brane bakterijsku ćeliju od unete strane DNK, a da pritom ne oštete genom domaćina. Kako bi ekspresija navedenih enzima bila strogo kontrolisana u novonaseljenoj bakteriji i, naročito, da bi uključivala kašnjenje pojave RE koje obezbeđuje dovoljno vremena za početnu, zaštitnu metilaciju genoma, iznenađujuće, R-M sistemi se oslanjaju na veliki broj različitih regulatornih svojstava, kao što su specijalizovani transkripcioni faktori (C proteini), njihovo kooperativno vezivanje, preklopljeni promotori, antisens RNK, odsustvo mesta za vezivanje ribozoma sa transkripta, i dr. Imajući u vidu imunsku funkciju koju dele svi R-M sistemi, pretpostavili smo da nekoliko odabranih osobina dinamike ekspresije sistema, koje su odgovorne za bezbedno i efikasno uspostavljanje sistema u novom domaćinu, uslovljava dizajn regulacije sistema. Zatim smo, kombinacijom termodinamičkog i dinamičkog modelovanja i biohemijskih eksperimenata, analizirali četiri R-M sistema koja koriste veoma različite mehanizme regulacije transkripcije i pokazali da se dizajn svakog od ovih sistema može objasniti predloženim dinamičkim principima [1-4]. Međutim, bakterije u prirodnoj sredini mogu da se nađu u veoma različitim globalnim fiziološkim uslovima, koji vode značajnim razlikama u brzini rasta ćelija. Zato se postavlja pitanje, u kojoj meri efekati dinamike populacije utiču na unutarćelijsku dinamiku ekspresije RE i MT, kao i da li su nađeni dinamički principi robusni u odnosu na promene brzine rasta ćelije. Koristeći prva raspoloživa merenja na nivou pojedinačnih ćelija kod R-M sistema [1], pokazali smo da je uključivanje efekata dinamike populacije neophodno da bi se kvantitativno objasnila eksperimentalna merenja [5]. Takođe, naši preliminarni rezultati ukazuju na to da je regulacija R-M sistema dizajnirana (odnosno optimizovana evolucijom) tako da poveća robusnost dinamičkih osobina sistema (npr. odnosa RE i MT u stacinarnom stanju) u odnosu na promene brzine rasta ćelija. Sa stanovišta bioinžinjerskih primena, raznovrsna regulatorna svojstva i evolucioni principi dizajna pronađeni u R-M sistemima mogu da posluže kao gradivni blokovi, odnosno smernice u konstruisanju veštačkih genskih kola u sintetičkoj biologiji.

Reference

[1] Morozova N, Sabantsev A, Bogdanova E, Fedorova Y, Maikova A, Vedyaykin A, Rodic A, Djordjevic M, Khodorkovskii M, Severinov, Nucleic Acids Research 44:790, 2016.

[2] Rodic A, Blagojevic B, Zdobnov E, Djordjevic M and Djordjevic M, BMC Systems Biology 11:377, 2017.

[3] Rodic A, Blagojevic B and Djordjevic M, In Systems Biology (pp. 37-58). SpringerNature, 2018.

[4] Klimuk E, Bogdanova E, Nagornykh M, Rodic A, Djordjevic M, Medvedeva S, Pavlova O, Severinov K, Nucleic Acids Research 46:10810, 2018.

[5] Graovac S, Rodic A, Djordjevic M, Severinov K, Djordjevic M, Molecules 24:198, 2019.

Predavači

Anđela Rodić i Stefan Graovac, Biološki fakultet.

Organizatori

Rukovodioci seminara su prof. dr Gordana Pavlović-Lažetić, prof. dr Nenad Mitić i Anđela Rodić.

 

8. maj 2019. u 18:15h, Matematički fakultet, sala 718

Kvantifikacija slučajnosti u biološkim kompleksnim mrežama

dr Marija Mitrović-Dankulov

U sredu 8. maja, sa početkom u 18:15 sati, u sali 718 na Matematičkom fakultetu biće održan sastanak seminara Bioinformatika.

Apstrakt

Biological systems can be represented as complex networks, where network nodes represent units of the system, while links represent interactions between them. These networks are neither of regular or random structure, but rather an intricate combination of order and disorder. Scientists have developed a large set of different topological measures for characterization and description of different structural properties of real networks. It turns out that these statistical measures are not independent, i.e., many properties appear as a statistical consequence of a relatively small number of fixed topological properties in a real network. We explore this dependence in two different biological networks, protein-protein interaction and brain network, using the method of dk-series. We find that many important local and global topological properties of protein-protein interaction network are closely reproduced by dk-random graphs whose degree distributions, degree-degree correlations, and clustering are the same as in original real network, while this is only in part true for human brain network. These differences are a consequence of different spacial constraints present during the evolution of these brain networks.

Predavač

Dr Marija Mitrović-Dankulov, Institut za fiziku.

Organizatori

Rukovodioci seminara su prof. dr Gordana Pavlović-Lažetić, prof. dr Nenad Mitić i Anđela Rodić.

 

Click here to view other events

Get RSS Feed rss

Subscribe to Bioinfo@Matf