Månedens stipendiat - Mars 2006

Kristine Magnus

Siren Røst Veflingstad er månedens stipendiat i mars 2006. Siren er utdannet cand.scient i anvendt matematikk fra UMB og tar doktorgrad ved Centre for Integrative Genetics (CIGENE).

Siren Røst Veflingstad Foto: Jørn Are Hatlelid

Genetikk+ matematikk = sant
Mitt navn er Siren Røst Veflingstad, og jeg er utdannet cand.scient i anvendt matematikk her ved UMB/(NLH). Jeg begynte som stipendiat våren 2002, og er tilknyttet Centre for Integrative Genetics (Cigene). Cigene er en av teknologiplattformene under FUGE som er det norske forskningsprogrammet for funksjonell genomikk. Målsetningen til Cigene er å oppnå en grunnleggende kausal forståelse av komplekse genetiske egenskaper ved blant annet å integrere ulike eksperimentelle og teoretiske framgangsmåter. Forskningsgruppen samler folk med bakgrunn fra molekylærbiologi, genetikk, matematikk, statistikk og informatikk, og holder til i husdyrfagbygningen.

Modellering av genregulatoriske systemer
Temaet for min forskning er modellering av genregulatoriske systemer. Det vil si en matematisk beskrivelse av hvordan gener (proteiner) opp- og nedregulerer hverandre, for eksempel for å opprettholde livsfunksjonene i en organisme under varierende betingelser. Et enkelt eksempel er et nettverk der et gen x aktiverer et gen y som videre inhiberer/hemmer et gen z. Gen z kan så igjen aktivere gen x. Stadig bedre eksperimentelle metoder gir oss mulighet til å identifisere de ulike genene i et nettverk og ikke minst, hvordan de er koplet til hverandre. Slik informasjon kan lett visualiseres i et koplingsdiagram (á la elektriske kretser). Men når genene blir mange og koplingene mellom dem blir innfløkte, er ikke slike diagram tilstrekkelige for å forstå hvordan systemet oppfører seg under ulike betingelser. Da er matematikken et viktig hjelpemiddel. Et egnet modelleringsverktøy for systemer som endrer seg med tiden (slik genregulatoriske nettverk gjør) er systemer av differensiallikninger. Slike likninger beskriver hvordan raten (endring i konsentrasjon per tid) avhenger av konsentrasjonen av de ulike komponentene i systemet til enhver tid. Ved bruk av ulike analysemetoder kan modellen si noe om hva slags oppførsler systemet kan ha under ulike betingelser, og dermed bidra til forståelse av de ulike funksjonene det genregulatoriske nettverket kan ha.

Viktig feedback
Jeg har sett på ulike aspekter ved modellering av genregulatoriske nettverk. En del av arbeidet har dreid seg om mulige generaliseringer av et modell-rammeverk opprinnelig foreslått av Plahte/Omholt med flere. Her har vi blant annet funnet et resultat som relaterer nettverkets struktur (primært såkalte feedback-løkker; det enkle nettverket beskrevet tidligere har en slik løkke i og med at x virker tilbake på seg selv via y og z) til mulige likevekststilstander. Resultatet forenkler analysen av modellene, men bekrefter også viktigheten av å studere feedbacksstrukturen til et gen nettverk.

Modellsystem
I en annen del av arbeidet har vi sett på et nettverk av celler, der tilstanden til hver celle kan karakteriseres ved to proteiner, et ligand og en reseptor, og der ligand-reseptor binding skjer mellom naboceller som er i fysisk kontakt med hverandre. Systemet kan generere et regelmessig mønster av proteinkonsentrasjoner i nettverket av celler, og mekanismen har vist seg å være mye brukt under utviklingen av ulike organismer. Vi har brukt dette som et modellsystem for to studier. I det ene så vi på effekten av å ta hensyn til at transkripsjon av proteinene tar tid, med andre ord at endringer i proteinkonsentrasjon ikke skjer momentant ved binding av ligand til reseptor. Dette viste at mønsterdannelsen mer eller mindre brøt sammen, og reiser spørsmål om systemet virkelig kan være regulert ved transkripsjon (slik det per i dag er antatt) eller om det er snakk om mer direkte protein-protein interaksjoner. I det andre studiet er det integrasjon av matematisk modellering og multivariat data-analyse som er målet. Parameterverdiene i et system (f.eks rater for transkripsjon og degradering) har stor innvirkning på oppførselen til en modell, men er ofte mer eller mindre ukjente og vanskelige å måle. Ved bruk av eksperimentell design på parametrene, og definisjon av en rekke egenskaper ved den dynamiske oppførselen samt slutt-mønsteret i systemet, skal vi se om multivariat analyse kan si noe om sammenhengen mellom parameterverdier og oppførsel.

Mine veiledere er Erik Plahte ved Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap og Stig Omholt ved Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap, begge ved UMB.

Oppdatert: 20.03.06
Utskriftsvennlig versjon : Arkiv : Tips en venn