49、生物网络特性与基因调控网络的布尔建模

生物网络特性与基因调控网络的布尔建模

在生物学领域，生物系统在多个尺度上形成了复杂的相互作用网络，从分子水平到生态系统水平均有体现。在亚细胞尺度上，基因及其产物（mRNA、蛋白质）之间的相互作用构成了信号转导、细胞代谢或胚胎发育等重要过程的基础。

生物网络的特性

1. 直系同源物在酵母蛋白质相互作用网络中的分布
   直系同源物在酵母蛋白质相互作用网络中并非随机分布，而是形成了具有凝聚力的基序（motif）的构建块，这些基序往往在进化上是保守的。如果将相同数量的直系同源物随机放置在酵母蛋白质相互作用网络中，模拟网络拓扑结构与直系同源物位置之间不存在任何相关性的情况，那么上述观察到的基序保守性将消失。在随机直系同源物分布的情况下，基序呈现出与原始非随机系统相反的趋势：基序越大，其每个组件被保守的可能性就越小。通过计算真实保守率与随机保守率之间的比率，可以很好地量化全局网络拓扑结构对特定局部基序保留率的影响。有趣的是，对于每个基序，这个保守率比率都大于 1，并且对于较大的基序会显著增加。这表明参与基序对其特定组件的进化保守性有显著影响。
2. 生物网络的层次模块化与进化
   生物网络中出现的层次模块化支持了进化在多个层面上起作用的假设。局部变化的积累，影响着高度整合的小模块，也会逐渐影响到更大、整合程度较低的模块。因此，进化可能以自相似的方式进行，复制和重用现有的模块以进一步增加生物体的复杂性。高度凝聚的相互作用基序的组成部分在高等真核生物中作为直系同源物优先被保守，这一趋势进一步支持了这一结论。显然，蛋白质的拓扑位置是其进化保守倾向的关键因素，这表明在相互作用网络的凝聚子部分中组织的蛋白质可能会作为