Работа посвящена моделированию экспрессии генов и взаимодействия транскрипционных факторов с ДНК на примере гена giant в геноме дрозофилы (Drosophila melanogaster) и транскрипционных факторов, регулирующих эмбриогенез. Предложена модифицированная модель экспрессии, которая учитывает возможность неспецифического связывания факторов транскрипции и ДНК. В результате неспецифического связывания с ДНК молекула транскрипционного фактора осуществляет поиск специфического сайта посадки в результате одномерной диффузии («скольжения») по ДНК. В полученной модели появляется новый параметр — характерная длина скольжения по ДНК. Для нескольких значений длины скольжения была численно решена обратная задача моделирования и оценены свободные параметры в модели по данным экспрессии гена giant в эмбрионе дрозофилы. Сравнение результатов решения обратной задачи в модифицированной модели и в модели без учёта неспецифического связывания позволило сделать вывод об отсутствии необходимости учёта одномерной диффузии транскрипционных факторов для моделирования экспрессии генов в рассмотренной системе, что, по-видимому, связано с особенностями экспрессии генов в ходе раннего развития организмов. Результаты исследования дают новую информацию о механизмах регуляции генов в эмбриогенезе, а также могут быть использованы для формулировки более точных моделей экспрессии генов.

The work is devoted to modeling gene expression and interaction of transcription factors with DNA on the example of the giant gene in the Drosophila melanogaster genome and transcription factors regulating embryogenesis. A modified model of expression that considers the possibility of non-specific binding of transcription and DNA factors is proposed. As a result of nonspecific binding to DNA, the transcription factor molecule searches for a specific landing site as a result of one-dimensional diffusion ("sliding") by DNA. A new parameter appears in the obtained model - the characteristic length of transcription factor sliding on DNA. For several values of sliding length, the inverse problem of modeling has been numerically solved and free parameters in the model have been estimated according to the data of giant gene expression in drosophila embryo. Comparison of results of the inverse problem solution in the modified model and in the model without considering non-specific binding allowed to draw a conclusion about non-existence of considering one-dimensional diffusion of transcription factors for modeling gene expression. The results of the researching provide new information on the mechanisms of gene regulation in embryogenesis and can also be used to formulate more accurate gene expression models.