| Autor(en): |
Maciej J. Swat |
Titel: |
Bifurcation analysis of regulatory modules in cell biology |
| Gutachter: |
Andreas Deutsch; Hanspeter Herzel; Thomas Bley |
| Erscheinungsdatum: |
13.01.2006 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10067351)
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| Fachgebiet(e): |
Biowissenschaften, Biologie |
| Schlagwörter (ger): |
Zellzyklus, G1/S-Uebergang, Bifurkationstheorie, Rueckkopplungsschleife |
| Schlagwörter (eng): |
cell cycle, G1/S-Transition, bifurcation theory, feedback loop |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Swat, Maciej J.:
Bifurcation analysis of regulatory modules in cell biology;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 13.01.2006, urn:nbn:de:kobv:11-10067351
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| Abstract (ger): |
| Das Kernstueck der vorliegenden Arbeit ist die Betonung von kleinen
Modulen als Schluesselkomponenten von biologischen Netzwerken. Unter
den zahlreichen moeglichen Modulen scheinen besondere diejenigen
interessant zu sein, welche die Rueckkopplungen realisieren und in
regulatorischen Einheiten auftreten. Prozesse wie Genregulation,
Differentiation oder Homeostasis benoetigen haeufig
Autoregulation. Auf Grund dessen ist die detaillierte Kenntnis der
dynamischen Eigenschaften von kleinen Modulen von groesserem
Interesse.
Es werden zwei biologische Systeme analysiert. Das erste
beschaftigt sich mit dem Zellzyklus, das zweite Beispiel kommt aus
der Immunologie und betrifft die Aktivierung von T-Zellen. Beide
Modelle, d.h. ihre zugrundeliegende Netzwerke, lassen sich in
Untereinheiten mit wohldefinierten Funktionen zerlegen. Diese Module
entscheiden ueber das Verhalten des gesamten Netzwerkes. Mit anderen
Worten, die von den Modulen getroffenen Entscheidungen, werden von dem
gesamten System uebernommen.
Bei der Analyse des Modells zum Zellzyklus wurde eine interessante
Eigenschaft von gekoppelten Modulen deutlich, die wir dann getrennt
behandelt haben. Seriell geschaltete Module mit positiver
Rueckkopplung liefern ueberraschende Konstruktionsmoeglichkeiten
fuer Systeme mit mehreren stabilen Gleichgewichtslagen.
Obwohl nicht alle hier aufgestellten Hypothesen derzeit experimentell
ueberpruefbar sind, es kann eine wichtige Aussage getroffen
werden. Uebereinstimmende Strukturen und Mechanismen, die in
verschiedenen biologischen Systemen vorkommen, bieten uns die
Moeglichkeit einer Klassifizierung von biologischen Systemen
bezueglich ihrer strukturellen Aehnlichkeiten.
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| Abstract (eng): |
| The thesis emphasizes the importance of small modules as key
components of biological networks. Especially, those which perform
positive feedbacks seem to be involved in a number of regulatory
units. Processes like gene regulation, differentiation and homeostasis
often require autoregulation. Therefore, detailed knowledge of
dynamics of small modules becomes nowadays an important subject of
study.
We analyze two biological systems: one regarding cell cycle regulation
and one immunological example related to T-cell activation. Their
underlying networks can be dissected into subunits with well defined
functions. These modules decide about the behavior of the global
network. In other words, they have decision taking function, which is
inherited by the whole system.
Stimulated by the cell cycle model and its interesting dynamics
resulting from coupled modules, we analyzed the switching issue
separately. Serial coupling of positive feedback circuits provides
astonishing possibilities to construct systems with multiple stable
steady states.
Even though, in current stage, no exact experimental proof of all
hypotheses is possible, one important observation can be made. Common
structures and mechanisms found in different biological systems allow
to classify biological systems with respect to their structural
similarities.
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