химия

М.Гельфанд «Сравнительная геномика»

БиБи 4 курс

белок-белковые взаимодействия
регуляторные сети (фактор-ген)
метаболические

N = количество вершин
распределение степеней вершин P(k) = вероятность того, что у случайно взятой вершины будет k ребер
средняя длина пути между вершинами L

пуассоновское распределение P(k) = exp(-λ) λk / k!
Теорема Эрдеша-Реньи: фазовый переход – возникновение гигантской компоненты
средняя длина пути ~ log N

P(k) ~ k–γ
γ>3 – ничего особенного
2<γ<3 – hubs, иерархия
γ=2 большой hub, соединенный с большой долей вершин
При γ<3 удаление случайной вершины не разрушает сеть, удаление hub’а – разрушает
средняя длина пути (при 2<γ<3) ~ log log N

Мера связи между соседями данной вершины

белок-белковые взаимодействия
синтетические летали
регуляция транскрипции
метаболические сети

Yeast protein interaction network

Data from the high-throughput two-hybrid experiment (T. Ito, et al. PNAS (2001) )
The full set containing 4549 interactions among 3278 yeast proteins
87% nodes in the largest component
The highest connected protein interacts with 285 others!
Figure shows only nuclear proteins

Красный – летальная мутация
Оранжевый – медленный рост
Желтый – неизвестно
Зеленый – нелетальная мутация

Transcription regulatory network in baker’s yeast

Downloaded from the YPD database: 1276 regulations among 682 proteins by 125 transcription factors (10 regulated genes per TF)
Part of a bigger genetic regulatory network of 1772 regulations among 908 proteins
Positive to negative ratio 3:1
Broader distribution of out-degrees (up to 72) and more narrow of in-degrees (up to 21)

A: in-degree (относительно регулируемых генов): гистограмма (в полулогарифмических координатах) количества промоторов с заданным числом регуляторов– экспоненциальное распределение (у большинства генов мало регуляторов). Пустые кружки – случайный граф
В: out-degree (относительно факторов): гистограмма количества факторов, связывающих заданное количество промоторов – scale-free

Transcription regulatory network in Homo Sapiens

Data courtesy of Ariadne Genomics obtained from the literature search: 1449 regulations among 689 proteins
Positive to negative ratio is 3:1 (again!)
Broader distribution of out-degrees (up to 95) and more narrow of in-degrees (up to 40)

Transcription regulatory network in E. coli

Data (courtesy of Uri Alon) was curated from the Regulon database: 606 interactions between 424 operons (by 116 TFs)
Positive to negative ratio is 3:2 (different from eukaryots!)
Broader distribution of out-degrees (up to 85) and more narrow of in-degrees (only up to 6 !)

дрожжи:
~10% genes with <5 links are essential
>60% genes with >15 links are essential
гены с большим числом связей
с большей вероятностью имеют ортологов в многоклеточных эукариотах
ближе к ортологам из C. elegans

Бимодальное распределение корреляций уровня экспрессии
Красный: hubs
Голубой: non-hubs
Черный: случайный граф


Party hubs: сам и соседи ко-экспрессируются (комплексы)
Date hub: нет корреляции в уровнях экспрессии (сигнальные пути)

Устойчивость к атаке (распадение гигантской компоненты)основа сети – party hubs

Красный: атака на party hubs
Коричневый: атака на все хабы
Голубой: атака на date hubs
Зеленый: атака на случайные белки

клики
много в графах белок-белковых взаимодействий (масс-спек. анализ комплексов – по определению)
подграфы фиксированной структуры, встречающиеся существенно чаще, чем в случайном графе (с теми же свойствами)

R – транскрипционная регуляция
Х – ко-экспрессия

R – транскрипционная регуляция
Р – белок-белковое взаимодействие
Н – гомология

R – транскрипционная регуляция
Р – белок-белковое взаимодействие
Н – гомология

R – транскрипционная регуляция
Р – белок-белковое взаимодействие
Х – ко-экспрессия
Н – гомология

R – транскрипционная регуляция
Р – белок-белковое взаимодействие
Х – ко-экспрессия
Н – гомология

Р – белок-белковое взаимодействие
Х – ко-экспрессия

Р – белок-белковое взаимодействие
Х – ко-экспрессия

S – синтетические летали (слабость)
Н – гомология

S – синтетические летали (слабость)
Н – гомология

S – синтетические летали (слабость)
Н – гомология
Р – белок-белковое взаимодействие
Х – ко-экспрессия

Почти все “bi-fan” мотивы связаны друг с другом

Регуляция транскрипции в E.coli

rich get richer
дупликации
случайные рождения/исчезновение ребер