Целью работы является сравнительное исследование различных аппроксимаций энергии связывания транскрипционных факторов с ДНК и их тестирование в рамках модели регуляции генов. Были построены и изучены ландшафты энергии связывания в геноме дрозофилы, предсказанные двумя методами вычисления энергии связывания для нескольких транскрипционных факторов, задействованных в морфогенезе дрозофилы. Показано, что методы дают существенно различные оценки для этих ландшафтов, что позволило предположить о возможном проявлении этого различия на уровне экспрессии генов-мишеней, регулируемых рассмотренными транскрипционными факторами. Для тестирования этой гипотезы методы оценки энергии связывания были реализованы в модели транскрипционной регуляции гена giant. Были проведены численные эксперименты по оптимизации свободных параметров в двух версиях модели по данным экспрессии. Показано, что более новый метод оценки энергии связывания (метод SMiLE) связан с меньшей средней ошибкой в модели, чем старый метод. Рассмотренные версии модели предсказывают разные распределения регуляторных весов сайтов связывания транскрипционных факторов, характеризующих силу влияния сайта на экспрессию гена. Также использование обоих методов оценки энергии в модели экспрессии приводит к слабой корреляции между силой связывания и регуляторным весом сайта. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что новый метод аппроксимации энергии перспективен для использования в моделях регуляции генов.

The aim of the work is a comparative study of various approximations of the binding energy of transcription factors with DNA and testing them in the context of gene regulation model. Binding energy landscapes in the Drosophila genome predicted by two binding energy calculation methods for several transcription factors involved in Drosophila morphogenesis were constructed and studied. It is shown that the methods give significantly different estimates for these landscapes, which allowed us to suggest that this difference may manifest itself at the level of expression of target genes regulated by the considered transcription factors. To test this hypothesis, binding energy estimation methods were implemented in the giant gene transcriptional regulation model. Numerical experiments were performed to optimize the free parameters in two versions of the model based on the expression data. It is shown that the newer method for estimating binding energy (SMiLE method) is associated with a lower average error in the model than the old method. The considered versions of the model predict different distributions of regulatory weights of transcription factor binding sites that characterize the strength of the site’s influence on gene expression. Also, the use of both energy estimation methods in the expression model leads to a weak correlation between binding strength and the regulatory weight of the site. The results obtained allow us to conclude that the new method of energy approximation is promising for use in models of gene regulation.

• Тестирование разных оценок энергии связывания транскрипционных факторов с ДНК в рамках модели генной сети сегментации в дрозофиле
  • Введение
  • 1. Данные, их типы и подготовка
  • 2. Методы и программы
  • 3. Проведенные численные эксперименты
  • Заключение
  • Список сокращений и терминов
  • Список использованных источников