1 / 41

Proč cyklové hodiny tikají?

Proč cyklové hodiny tikají?. A co to vypovídá o evoluci?? (Teoretické přístupy ke studiu BC. Ústřední hodiny buněčného cyklu. centrální oscilátor („cell cycle engine“). vstupy. výstupy. velikost signály poškození. gen. exprese morfogeneze. variabilní. variabilní. konzervativní.

ouida
Download Presentation

Proč cyklové hodiny tikají?

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Proč cyklové hodiny tikají? A co to vypovídá o evoluci?? (Teoretické přístupy ke studiu BC

  2. Ústřední hodiny buněčného cyklu centrální oscilátor („cell cycle engine“) vstupy výstupy velikost signály poškození ... gen. exprese morfogeneze ... variabilní variabilní konzervativní

  3. O čem to bude? • „Systémová biologie“ (systems biology) • Samouspořádání (self-organization) v čase • Modely BC

  4. Otec obecné teorie systémů (General Systems Theory) Karl Ludwig von Bertalanffy 1901-1972 1932,1940 – Theoretische Biologie 1952 – Problems of Life

  5. A System is an assembly of parts or modules with an underlying hidden complexity that governs its structure and the dynamics of its modules.

  6. Systém • definovaný soubor (množina) prvků resp. podsystémů a vztahů mezi nimi • soubor prvků, který se ve stanovených vztazích projevuje jako celek a může vykazovat zajímavé vlastnosti, např. • stabilitu v širokém rozmezí podmínek vstupů a výstupů • robustnost • ...

  7. Příklady vztahů mezi prvky systému • Hierarchie • Zpětná vazba • Redundance ...

  8. Biological System “The large numbers of functionally diverse, and frequently multifunctional, sets of components interact selectively and nonlinearly to produce coherent rather than complex behavior.” -- Hiroaki Kitano, “Computational Systems Biology”

  9. (Ivan M. Havel)

  10. Lee Hartwell

  11. Moduly a protokoly – příklad I: • Modul: kámen ze stavebnice • Protokol: zasunovací spojení

  12. Moduly a protokoly – příklad II: • Modul: MAPkinázová kaskáda • Protokol: fosforylace cílových proteinů

  13. „produce, manage, mine and model large volumes of (functional genomics) data, and to be able to derive new hypotheses about the function of genes and networks“ (Univ. Gent)

  14. (a periodicita v prostoru a čase) Samoorganizace

  15. Alan TURING 1912-1954 1952 - Reakčně-difusní model Jak vůbec lze zajistit periodicitu (v čase nebo prostoru?)

  16. reakčně-difusní model (http://texturegarden.com/)

  17. Minimální oscilátor (jeden z mnoha) Je lepší než jiné?? Problém robustnosti! (Ingolia a Murray, Curr. Biol. 2004)

  18. Oscilátor v kontextu tradičního pohledu Tyson and Novak, J. Theor. Biol. 210:249-263, 2001

  19. Dva stavy „cyklových hodin“ Růst Start Nedoreplikovaná DNA Neúplná metafáze Finish (Novak et al., Phil.Trans.R.Soc.Lond.B 353:2063-2076, 1998)

  20. Východiska matematického modelu Chen et al., Mol. Biol. Cell. 15:2841-3862, 2004

  21. Model minimálního cyklu • Jádro: CDK/cykliny + APC • Start regulován růstem • Finiš regulován dokončením replikace + vřeténka prostřednictvím „aktivátoru“ APC (ACT) • Osciluje v širokém rozmezí parametrů! (Novak et al., Phil.Trans.R.Soc.Lond.B 353:2063-2076, 1998)

  22. Matematický model BC podle Tysona et al.

  23. (demo)

  24. Regulace – jemné ladění • Růst působí prostřednictvím akumulace specif. nestabilních molekul z cytoplasmy v jádře – paralogy CDK/cyklinů (Cdk1/Cln) • CDK inhibitory (Sic1) a regulační fosforylace Cdc25 „přídavkem“ k zajištění kontroly (checkpoints) • Aktivátory APC: alternativní podjednotky– Cdc20 a CDK regulovaná Cdh1

  25. Pokus o rekonstrukci evoluce BC • Původní „hodiny“ byly jednodušší • Co je nutné a co ne? • Pomohou matematické modely??

  26. Evoluční distribuce tradičních „centrálních regulátorů cyklu“ ?

  27. Současný pohled na fylogenezi eukaryot: rostliny „mají nárok“ být jiné? (Simpson and Roger, Curr. Biol. 14:R693, 2005)

  28. Ale: co jsou „centrální regulátory“?? Tradiční pojetí: „core cell cycle genes“ – geny hojně studované a asi důležité • CDK, cykliny, CKI • kinázy a fosfatázy působící na CDK (Cdc25, Wee1) • transkripční regulátory (pRB, E2F...) – klavně pokud jsou též onkogeny, případně kontrolují expresi cyklinů a CKI

  29. Co můžeme čekat ve světle modelu?? • CDK/cykliny S/M třídy • Jádro APC • Regulační podjednotky APC (Cdc20/Cdh1) • Další podtřídy CDK/cyklinů • CDK inhibitory • Fosforylace/defosforylace CDK (Cdc25/Wee1) • Transkripční regulátory kontrolující „klíčové“ geny (pRB atd.) • „Výstupy“ Míra konzervace „core cell cycle genes“ e.g. Vandepoele et al., Plant Cell 14: 903-906, 2002

  30. Co nacházíme? CDK a cykliny jsou konzervativní! (viz 3. přednáška)

  31. Ostatní regulátory a „regulátory“: • APC, Cdc20, Cdh1: „první pohled“ – konzervativní (Capron et al., TiPS 8:83-89, 2003) • CDK inhibitory –i u savců VELMI rozmanité (fylogeneze dosud není) • Wee1 u rostlin je, Cdc25 není (aspoň ne u Arabidopsis a ne klasická – jiná doménová struktura; Ostreococcus má) • mnoho údajů o Rb a trans. faktorech (E2F) – dobře konzervovány kromě kvasinek

  32. Evoluční distribuce centrálních regulátorů BC (bez uvozovek)

  33. Evoluční distribuce centrálních regulátorů buněčného cyklu dává smysl ... ... (jen?) ve světle CDK-APC modelu!

  34. Jak tedy asi vypadal ancestrální cyklus? Minimum: • CDK + cyklin + APC + Cdc20/Cdh1 • zřejmě již od počátku spřaženo s transkripcí

More Related