vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-71Research ArticleСтатьиArticlesИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ: ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОДINFORMATION SUPPORT OF RESEARCH ON TRANSCRIPTIONAL REGULATORY MECHANISMS: AN ONTOLOGICAL APPROACHПодколодныйН. Л.PodkolodnyyN. L.pnl@bionet.nsc.ruИгнатьеваЕ. В.IgnatievaE. V.ПодколоднаяО. А.PodkolodnayaO. A.КолчановН. А.KolchanovN. A.Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное 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, Россия НИЦ «Курчатовский институт», Москва, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk National Research State University, Novosibirsk, Russia National Research Centre «Kurchatov Institute», Moscow, RussiaRussian Federation201214122014164/1742755Copyright © Подколодный Н.Л., Игнатьева Е.В., Подколодная О.А., Колчанов Н.А., 20142014Подколодный Н.Л., Игнатьева Е.В., Подколодная О.А., Колчанов Н.А.Podkolodnyy N.L., Ignatieva E.V., Podkolodnaya O.A., Kolchanov N.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/71

В настоящее время накоплен колоссальный объем данных в области регуляции транскрипции генов эукариот, которая контролируется при участии большого количества белков, выполняющих различные функции в зависимости от стадии процесса транскрипции, что создает возможность реализации большого разнообразия механизмов регуляции. В данной работе представлены подходы к построению онтологии предметной области, формализации описания механизмов регуляции транскрипции и разработке на этой основе методов интеграции гетерогенной информации об особенностях регуляции экспрессии генов эукариот и базы знаний по механизмам регуляции транскрипции. Описана пилотная версия базы знаний по регуляции транскрипции генов эукариот, которая включает понятия, связанные с процессом регуляции транскрипции; иерархическую классификацию регуляторов транскрипции; классификацию этапов и стадий транскрипции, а также базу данных транскрипционных регуляторов трех видов млекопитающих (человека, мыши, крысы) и словари по молекулярным процессам, обеспечивающим регуляцию транскрипции. База знаний предназначена для информационной поддержки исследования механизмов тканеспецифичной регуляции транскрипции генов. Рассмотрены подходы к построению гипотез о механизмах регуляции транскрипции генов эукариот с использованием информации из базы знаний.

By now, a huge body of experimental data on gene transcription regulation has been accumulated. Transcription is controlled by a great number of proteins acting at various steps of the process; thus, a diversity of regulatory mechanisms can be realized. This paper presents approaches to building knowledge domain ontology, formalized description of the mechanisms of transcriptional regulation and the development of methods for integration of heterogeneous information on the features of the regulation of gene expression on this base. The pilot version of the knowledge base on the transcriptional regulation of eukaryotic genes includes: (1) description of basic terms related to transcription regulation and relationships between them; (2) hierarchical classification of transcription regulators; (3) classification of phases and steps of transcription; (4) a database of transcriptional regulators of three mammalian species (human, mouse, and rat); and (5) dictionaries for molecular processes involved in transcriptional regulation. The knowledge base is designed for information support of computer analysis of transcriptional regulatory mechanisms. Approaches to reconstruction of eukaryotic transcriptional regulatory mechanisms with the new knowledge base are presented.

биоинформатикарегуляция транскрипциибазы знанийонтологияbioinformaticstranscription regulationknowledge base systemsontologyПрезидиум РАН, СО РАН, Совет по грантам Президента Российской ФедерацииReferencesПодколодный Н.Л. Онтологическое моделирование в биоинформатике и системной биологии // Онтологическое моделирование. ИПИ РАН, 2011. С. 233–269.Подколодный Н.Л. Онтологическое моделирование в биоинформатике и системной биологии // Онтологическое моделирование. ИПИ РАН, 2011. С. 233–269.Подколодный Н.Л., Игнатьева Е.В., Рассказов Д.А. и др. Интегрированная система для информационной поддержки исследования механизмов регуляции транскрипции // Тр. 12-й Всерос. науч. конф. «Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции» – RCDL’2010. Казань, Россия, 2010. С. 69–75.Подколодный Н.Л., Игнатьева Е.В., Рассказов Д.А. и др. Интегрированная система для информационной поддержки исследования механизмов регуляции транскрипции // Тр. 12-й Всерос. науч. конф. «Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции» – RCDL’2010. Казань, Россия, 2010. С. 69–75.Разин С.В. Хроматин и регуляция транскрипции // Молекуляр. биология. 2007. Т. 41. № 3. С. 387–394.Разин С.В. Хроматин и регуляция транскрипции // Молекуляр. биология. 2007. Т. 41. № 3. С. 387–394.Agalioti T., Lomvardas S., Parekh B. et al. Ordered recruitment of chromatin modifying and general transcription factors to the IFN-b promoter // Cell. 2000. V. 103. P. 667–678.Agalioti T., Lomvardas S., Parekh B. et al. Ordered recruitment of chromatin modifying and general transcription factors to the IFN-b promoter // Cell. 2000. V. 103. P. 667–678.Baumgartner N., Retschitzegger W. A survey of upper ontologies for situation awareness // Proc. of the 4th IASTED Intern. Conf. on Knowledge Sharing and Collaborative Engineering, St. Thomas, US VI. 2006. Р. 1–9.Baumgartner N., Retschitzegger W. A survey of upper ontologies for situation awareness // Proc. of the 4th IASTED Intern. Conf. on Knowledge Sharing and Collaborative Engineering, St. Thomas, US VI. 2006. Р. 1–9.Beisswanger E., Lee V., Kim Jung J. Gene regulation ontology (GRO): design principles and use cases // II Proc. 21st. Intern. Congr. оf the Europ. Federation for Med. Inform. (MIE 2008). 2008. Р. 9–14.Beisswanger E., Lee V., Kim Jung J. Gene regulation ontology (GRO): design principles and use cases // II Proc. 21st. Intern. Congr. оf the Europ. Federation for Med. Inform. (MIE 2008). 2008. Р. 9–14.Berger S.L. The complex language of chromatin regulation during transcription // Nature. 2007. V. 447. No. 7143. P. 407–412.Berger S.L. The complex language of chromatin regulation during transcription // Nature. 2007. V. 447. No. 7143. P. 407–412.Blanchette M., Bataille A.R., Chen X. et al. Genome-wide computational prediction of transcriptional regulatory modules reveals new insights into human gene expression // Genome Res. 2006. V. 16. No. 5. P. 656–668.Blanchette M., Bataille A.R., Chen X. et al. Genome-wide computational prediction of transcriptional regulatory modules reveals new insights into human gene expression // Genome Res. 2006. V. 16. No. 5. P. 656–668.Carey M., Smale S.T. Transcriptional Regulation in Eukaryotes: Concepts, Strategies, and Techniques. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. 2000. 639 р.Carey M., Smale S.T. Transcriptional Regulation in Eukaryotes: Concepts, Strategies, and Techniques. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. 2000. 639 р.Gene Ontology Consortium. The Gene Ontology in 2010: extensions and refi nements // Nucl. Acids Res. 2010. V. 38. P. D331–335.Gene Ontology Consortium. The Gene Ontology in 2010: extensions and refi nements // Nucl. Acids Res. 2010. V. 38. P. D331–335.Gene Regulatory aontology (GRO), version 0.5, 1.09.2011 – http://bioportal.bioontology.org/ontologies/1106.Gene Regulatory aontology (GRO), version 0.5, 1.09.2011 – http://bioportal.bioontology.org/ontologies/1106.Hahn S. Structure and mechanism of the RNA Polymerase II transcription machinery // Nat. Struct. Mol. Biol. 2004. V. 11. No. 5. P. 394–403.Hahn S. Structure and mechanism of the RNA Polymerase II transcription machinery // Nat. Struct. Mol. Biol. 2004. V. 11. No. 5. P. 394–403.Ignatieva E.V. TrDB: a database of the human, mouse, and rat transcriptional regulators and its potential applications in systems biology // The Eighth Intern. Conf. on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure / Systems Biology (BGRS/SB’12). Novosibirsk, Russia, June 25–29. 2012. P. 125.Ignatieva E.V. TrDB: a database of the human, mouse, and rat transcriptional regulators and its potential applications in systems biology // The Eighth Intern. Conf. on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure / Systems Biology (BGRS/SB’12). Novosibirsk, Russia, June 25–29. 2012. P. 125.Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Ananko E.A. et al. Transcription Regulatory Regions Database (TRRD): its status in 2002 // Nucl. Acids Res. 2002. V. 30. No. 1. P. 312–317.Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Ananko E.A. et al. Transcription Regulatory Regions Database (TRRD): its status in 2002 // Nucl. Acids Res. 2002. V. 30. No. 1. P. 312–317.Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Podkolodnaya О.А. et al. TRRD: Technology for extraction, storage, and use of knowledge about the structural-functional organization of the transcriptional regulatory regions in the eukaryotic genes // Intell. Data Anal. 2008. V. 12. No. 5. P. 443–461.Kolchanov N.A., Ignatieva E.V., Podkolodnaya О.А. et al. TRRD: Technology for extraction, storage, and use of knowledge about the structural-functional organization of the transcriptional regulatory regions in the eukaryotic genes // Intell. Data Anal. 2008. V. 12. No. 5. P. 443–461.Lemon B., Tjian R. Orchestrated response: a symphony of transcription factors for gene control // Genes Dev. 2000. V. 14. No. 20. P. 2551–2569.Lemon B., Tjian R. Orchestrated response: a symphony of transcription factors for gene control // Genes Dev. 2000. V. 14. No. 20. P. 2551–2569.Özgövde A., Grüninger M. Foundational process relations in bio-ontologies // Proc. of the Sixth Intern. Conf. on Formal Ontology in Information Systems (FOIS 2010). IOS Press Amsterdam, The Netherlands, 2010. P. 243–256.Özgövde A., Grüninger M. Foundational process relations in bio-ontologies // Proc. of the Sixth Intern. Conf. on Formal Ontology in Information Systems (FOIS 2010). IOS Press Amsterdam, The Netherlands, 2010. P. 243–256.Podkolodnyy N.L., Nechkin S.S., Ignatieva E.V. et al. A database for analysis of the organizational features of the promoter regions in the co-expressed groups of genes // Proc. of the Sixth Int. Conf. on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure, 2008.Podkolodnyy N.L., Nechkin S.S., Ignatieva E.V. et al. A database for analysis of the organizational features of the promoter regions in the co-expressed groups of genes // Proc. of the Sixth Int. Conf. on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure, 2008.Ponomaryov D., Omelianchuk N., Mironova V. et al. From published expression and phenotype data to structured knowledge: The Arabidopsis gene net supplementary database and its applications // Lecture Notes in Artifi cial Intelligence. 2011. Р. 101–120.Ponomaryov D., Omelianchuk N., Mironova V. et al. From published expression and phenotype data to structured knowledge: The Arabidopsis gene net supplementary database and its applications // Lecture Notes in Artifi cial Intelligence. 2011. Р. 101–120.Schaefer U., Schmeier S., Bajic V.B. TcoF-DB: dragon database for human transcription co-factors and transcription factor interacting proteins // Nucl. Acids Res. 2011. V. 39. P. D106–D110.Schaefer U., Schmeier S., Bajic V.B. TcoF-DB: dragon database for human transcription co-factors and transcription factor interacting proteins // Nucl. Acids Res. 2011. V. 39. P. D106–D110.Schober D., Smith B., Lewis S. et al. Survey-based naming conventions for use in OBO foundry ontology development // BMC Bioinformatics. 2009. 10(125). Р. 1–9.Schober D., Smith B., Lewis S. et al. Survey-based naming conventions for use in OBO foundry ontology development // BMC Bioinformatics. 2009. 10(125). Р. 1–9.Shipra A., Chetan K., Rao M.R.S. CREMOFAC – a database of chromatin remodeling factors // Bioinformatics. 2006. V. 22. No. 23. P. 2940–2944.Shipra A., Chetan K., Rao M.R.S. CREMOFAC – a database of chromatin remodeling factors // Bioinformatics. 2006. V. 22. No. 23. P. 2940–2944.Smith B., Ashburner M., Rosse C. et al. The OBO Foundry: coordinated evolution of ontologies to support biomedical data integration // Nat. Biotech. 2007. 25(11). Р. 1251–1255.Smith B., Ashburner M., Rosse C. et al. The OBO Foundry: coordinated evolution of ontologies to support biomedical data integration // Nat. Biotech. 2007. 25(11). Р. 1251–1255.Smith B., Ceusters W., Klagges B. et al. Relations in biomedical ontologies // Genome Biology. 2005. V. 6. No. R46. SPARQL Query Language for RDF. 1998 – http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/Smith B., Ceusters W., Klagges B. et al. Relations in biomedical ontologies // Genome Biology. 2005. V. 6. No. R46. SPARQL Query Language for RDF. 1998 – http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/

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