A mean-field approach for modeling the propagation of perturbations in biochemical reaction networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Often, the time evolution of a biochemical reaction network is crucial for determining the effects of combining multiple pharmaceuticals. Here we illustrate a mathematical framework for modeling the dominant temporal behaviour of a complicated molecular pathway or biochemical reaction network in response to an arbitrary perturbation, such as resulting from the administration of a therapeutic agent. The method enables the determination of the temporal evolution of a target protein as the perturbation propagates through its regulatory network. The mathematical approach is particularly useful when the experimental data that is available for characterizing or parameterizing the regulatory network is limited or incomplete. To illustrate the method, we consider the examples of the regulatory networks for the target proteins c-Myc and Chop, which play an important role in venetoclax resistance in acute myeloid leukemia. First we show how the networks that regulate each target protein can be reduced to a mean-field model by identifying the distinct effects that groups of proteins in the regulatory network have on the target protein. Then we show how limited proteinlevel data can be used to further simplify the mean-field model to pinpoint the dominant effects of the network perturbation on the target protein. This enables a further reduction in the number of parameters in the model. The result is an ordinary differential equation model that captures the temporal evolution of the expression of a target protein when one or more proteins in its regulatory network have been perturbed. Finally, we show how the dominant effects predicted by the mathematical model agree with RNA sequencing data for the regulatory proteins comprising the molecular network, despite the model not having a priori knowledge of this data. Thus, while the approach gives a simplified model for the expression of the target protein, it allows for the interpretation of the effects of the perturbation on the regulatory network itself. This method can be easily extended to sets of target proteins to model components of a larger systems biology model, and provides an approach for partially integrating RNA sequencing data and protein expression data. Moreover, it is a general approach that can be used to study drug effects on specific protein(s) in any disease or condition.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».