vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-323Research ArticleСтатьиArticlesЦИРКАДНЫЕ ЧАСЫ МЛЕКОПИТАЮЩИХ: ГЕННАЯ СЕТЬ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗTHE MAMMALIAN CIRCADIAN CLOCK: GENE REGULATORY NETWORK AND THEIR COMPUTER ANALYSISПодколоднаяО. А.PodkolodnayaO. A.opodkol@bionet.nsc.ruПодколоднаяН. Н.PodkolodnayaN. N.opodkol@bionet.nsc.ruПодколодныйН. Л.PodkolodnyyN. L.opodkol@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk National Research State University, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201422012015184/2928938Copyright © Подколодная О.А., Подколодная Н.Н., Подколодный Н.Л., 20152015Подколодная О.А., Подколодная Н.Н., Подколодный Н.Л.Podkolodnaya O.A., Podkolodnaya N.N., Podkolodnyy N.L.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/323

В работе представлены результаты реконструкции и анализа генной сети циркадных часов млекопитающих. Применение методов теории графов позволило провести анализ структуры генной сети и выделить центральную компоненту регуляции циркадного ритма, которая включает базовые регуляторные контуры, проходящие через ключевой элемент циркадных часов –белок Clock/Bmal1. Использование кластерного анализа позволило выявить подсистемы, имеющие четкую биологическую интерпретацию и участвующие в функционировании циркадных часов путем взаимодействия с центральной компонентой. Такая структурная модель, включающая центральную компоненту и взаимодействующие с ней функциональные подсистемы, может быть основой для построения математической модели динамики генной сети регуляции циркадного ритма.

This paper presents the results of the reconstruction and analysis of gene regulatory network of the circadian clock in mammals. Application of graph theory methods makes it possible to analyze the structure of the gene network and identify the central component of circadian clock regulation, which includes the basic regulatory circuits passing through the key element of the circadian clock, the Clock/Bmal1 protein. Cluster analysis has revealed subsystems with clear biological interpretation, which are involved in the functioning of the circadian clock by interacting with the central component. This structural model, which includes the central component and functional subsystems that interact with the central component, can provide grounds for the construction of a mathematical model of the dynamics of the gene network regulating the circadian rhythm.

циркадные часыгенные сетиметоды анализа графовcircadian clockgene networkgraph analysis methodsгрант РНФ № 14-24-00123ReferencesПодколодная О.А. Молекулярно-генетические аспекты взаимодействия циркадных часов и метаболизма энергетических субстратов млекопитающих // Генетика. 2014. Т. 50. № 2. С. 125–137.Подколодная О.А. Молекулярно-генетические аспекты взаимодействия циркадных часов и метаболизма энергетических субстратов млекопитающих // Генетика. 2014. Т. 50. № 2. С. 125–137.Albrecht U. Timing to Perfection: The Biology of Central and Peripheral Circadian Clocks // Neuron. 2012. V. 74. P. 246–260.Albrecht U. Timing to Perfection: The Biology of Central and Peripheral Circadian Clocks // Neuron. 2012. V. 74. P. 246–260.Ananko E.A., Podkolodny N.L., Stepanenko I.L., Podkolodnaya O.A., Rasskazov D.A., Miginsky D.S., Likhoshvai V.A., Ratushny A.V., Podkolodnaya N.N., Kolchanov NA. GeneNet in 2005 // Nucleic Acids Res. 2005. V. 33 (Database issue). P. D425–D427.Ananko E.A., Podkolodny N.L., Stepanenko I.L., Podkolodnaya O.A., Rasskazov D.A., Miginsky D.S., Likhoshvai V.A., Ratushny A.V., Podkolodnaya N.N., Kolchanov NA. GeneNet in 2005 // Nucleic Acids Res. 2005. V. 33 (Database issue). P. D425–D427.Asher G., Schibler U. Crosstalk between components of circadian and metabolic cycles in mammals // Cell Metab. 2011. V. 13. P. 125–137.Asher G., Schibler U. Crosstalk between components of circadian and metabolic cycles in mammals // Cell Metab. 2011. V. 13. P. 125–137.Barabasi A.-L., Oltvai Z.N. Network biology: understanding the cell’s functional organization // Nat. Rev. Genet. 2004. V. 5. Р. 101–113.Barabasi A.-L., Oltvai Z.N. Network biology: understanding the cell’s functional organization // Nat. Rev. Genet. 2004. V. 5. Р. 101–113.Blondel V.D. et al. Fast unfolding of communities in large networks // J. Stat. Mechanics. 2008. V. 10008. Р. 1–12.Blondel V.D. et al. Fast unfolding of communities in large networks // J. Stat. Mechanics. 2008. V. 10008. Р. 1–12.Erdős P., Rényi A. On random graphs I // Publ. Math. Debrecen. 1959. V. 6. P. 290–297.Erdős P., Rényi A. On random graphs I // Publ. Math. Debrecen. 1959. V. 6. P. 290–297.Kim W., Li M. et al. Biological network motif detection and evaluation // BMC Systems Biology. 2011. V. 5. Р. S5.Kim W., Li M. et al. Biological network motif detection and evaluation // BMC Systems Biology. 2011. V. 5. Р. S5.Koschützki D., Schreiber F. Centrality analysis methods for biological networks and their Application to gene regulatory networks // Gen. Regul. Syst. Bio. 2008. V. 2. Р. 193–201.Koschützki D., Schreiber F. Centrality analysis methods for biological networks and their Application to gene regulatory networks // Gen. Regul. Syst. Bio. 2008. V. 2. Р. 193–201.Morf J., Rey G., Schneider K. et al. Cold-inducible RNA-binding protein modulates circadian gene expression posttranscriptionally // Science. 2012. V. 338. P. 379–383.Morf J., Rey G., Schneider K. et al. Cold-inducible RNA-binding protein modulates circadian gene expression posttranscriptionally // Science. 2012. V. 338. P. 379–383.Newman M.E.J. The structure and function of complex networks // SIAM Reviews. 2003. V. 45. Р. 167–256.Newman M.E.J. The structure and function of complex networks // SIAM Reviews. 2003. V. 45. Р. 167–256.Reppert M., Weaver D. Molecular analysis of mammalian circadian rhythms // Ann. Rev. Phys. 2001. V. 63. P. 647–676.Reppert M., Weaver D. Molecular analysis of mammalian circadian rhythms // Ann. Rev. Phys. 2001. V. 63. P. 647–676.Ripperger J.A., Brown S.A. Transcriptional regulation of circadian clock // Protein Reviews 2010. V. 12. P. 37–78.Ripperger J.A., Brown S.A. Transcriptional regulation of circadian clock // Protein Reviews 2010. V. 12. P. 37–78.Tarjan R. Enumeration of the elementary circuits of a directed graph // SIAM J. Computing. 1973. V. 2. P. 211–216.Tarjan R. Enumeration of the elementary circuits of a directed graph // SIAM J. Computing. 1973. V. 2. P. 211–216.Virshup D.M., Eide E.J., Forger D. et al. Reversible protein phosphorylation regulates circadian rhythms // Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2007. V. 72. P. 413–420.Virshup D.M., Eide E.J., Forger D. et al. Reversible protein phosphorylation regulates circadian rhythms // Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2007. V. 72. P. 413–420.Watts D.J., Strogatz S.H. Collective dynamics of ‘small-world’ networks // Nature. 1998. V. 393 (6684). Р. 440–442.Watts D.J., Strogatz S.H. Collective dynamics of ‘small-world’ networks // Nature. 1998. V. 393 (6684). Р. 440–442.Yagita K., Tamanini F., van Der Horst G.T., Okamura H. Molecular mechanisms of the biological clock in cultured fibroblasts // Science. 2001. V. 292. P. 278–281.Yagita K., Tamanini F., van Der Horst G.T., Okamura H. Molecular mechanisms of the biological clock in cultured fibroblasts // Science. 2001. V. 292. P. 278–281.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.