调控系统中网络的结构与功能研究

生物系统中存在大量的、相对独立的、具有特定生物功能的网络模块,揭示这些简单网络的功能对于理解更为复杂网络的调控机制甚至对于理解细胞内部过程具有重要意义，也对阐明生物网络的设计原理大有帮助。本项目将研究调控系统中的典型网络模块，包括自调控、正反馈、负反馈、一致前馈圈和非一致前馈圈等，以及由它们组合而成的网络。主要研究这些网络构建块的某些功能，如处理信号的能力、过滤噪声的能力、产生振动的潜能、成形时空细胞信号的能力，以及对振动鲁棒性和可调性的影响等。研究时将考虑噪声、延迟、非线性性、时间尺度等因素，以及组合调控的效果等。通过系统和全面的研究，我们试图总结出调控网络的某些一般规律，如产生鲁棒振动的最小网络模块，网络节点的增加或敲除对于保持系统稳定性和鲁棒性的一般要求等。我们的研究在药物设计、基因治疗等方面具有潜在的应用前景。

生物系统中存在大量的、相对独立的、具有特定功能的网络模块，揭示这些简单网络的功能对于理解更为复杂网络的调控机制甚至对于理解细胞内部过程具有重要意义，也对阐明生物网络的设计原理大有帮助。针对调控系统中的若干典型网络模块如自调控、正反馈、负反馈、一致前馈圈和非一致前馈圈等，以及由它们组合而成的复合模块，我们深入研究了这些构建块的生物学功能，包括处理信号的能力、过滤噪声的能力、产生振动的潜能、成形时空细胞信号的能力，特别是刻画出某些重要生物因素如噪声、延迟、非线性性、时间尺度、组合调控等对振动鲁棒性和可调性的定量和定性影响。通过系统和全面的研究，我们已总结出调控网络模块的某些一般性规律，如反馈压制的噪声存在物理极限；耦合的正负反馈环路能产生鲁棒、可调的振动；染色质重塑的各个相能独立地调控基因表达噪声到最低水平；由松弛振子和规则振子整合而成的组合振子的多细胞系统能产生多种类型的细胞图案等。我们的研究结果在药物设计、基因治疗等方面具有潜在的应用前景。