From structure to function: Graph-based modeling of 3d genome architecture and gene expression dynamics
Yapıdan fonksiyona: 3 boyutlu genom mimarisinin ve gen ifade dinamiklerinin graf tabanlı modellenmesi
- Tez No: 1005431
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE SEFER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yapay Zeka Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hesaplamalı biyolojideki temel zorluklardan biri, 3 boyutlu kromozom yapısının ve gen ekspresyon dinamiklerinin tahminidir. Bu tez, bu sorunu iki katkı ile ele almaktadır: (i) Hi-C verilerinden 3 boyutlu kromozom yapılarının yapılandırılması ve (ii) uzamsal genomik bilgilerle zamansal gen ekspresyonunun tahmin edilmesi. İlk olarak, grafik dikkat mekanizması ve kalıntı ağlara dayalı Hi-C etkileşim matrislerinden 3 boyutlu kromozom yapısı yapılandıran bir yöntem olan GAT-HiC önerilmektedir. Bu görevdeki temel zorluk, mevcut yöntemlerin farklı deneysel koşullarda sınırlı genelleştirilebilirliğidir. GAT-HiC, yerel ve küresel yapısal kısıtlamaları ayıran modüler bir hedef tasarımıyla heterojen veri kümelerine uyumu artırır. Deneyler, yöntemin farklı senaryolarda en gelişmiş yaklaşımlara kıyasla üstün performans sağladığını göstermektedir. Bu uzamsal temele dayanarak, zamansal gen ekspresyon tahmini için uzamsal-zamansal grafik sinir ağı yapısı STEP sunulmaktadır. Zaman serisi verilerinin sınırlı olması nedeniyle, STEP Hi-C verilerinden türetilen yüksek düzeyli yapısal özelliklerle girdi temsilini zenginleştirir. miRNA ve mRNA veri kümeleri arasındaki farklılıkları ele almak için, ortak bir omurga üzerinde iki uyarlanmış model geliştirilmiştir. Sonuçlar, STEP'in görülmemiş zaman noktalarında güçlü tahmin performansı sağladığını, korelasyon tabanlı ölçütlerde temel yöntemleri aştığını ve gen ekspresyonu ile yapısal genomik özellikler arasında anlamlı ilişkiler ortaya koyduğunu göstermektedir. Bu tez, 3 boyutlu genom organizasyonu ile zamansal modellemenin birlikte ele alınmasının dinamik gen düzenlemesini daha iyi açıklayabildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
A key challenge in computational biology is the prediction of 3D chromosome structure and gene expression dynamics. This thesis addresses this problem through two contributions: (i) reconstruction of 3D chromosome structures from Hi-C data, and (ii) prediction of temporal gene expression using spatial genomic information. First, we propose GAT-HiC, a framework for 3D chromosome structure reconstruction using Hi-C interaction matrices based on graph attention and residual networks. The limited generalizability of current methods across a variety of experimental settings is a major challenge in this task. In order to encourage adaptation across heterogeneous datasets, GAT-HiC presents a modular objective architecture that distinguishes between local and global structural restrictions. Experimental results demonstrate that GAT-HiC consistently outperforms state-of-the-art approaches across multiple scenarios. We present STEP, a spatio-temporal graph neural network framework for temporal gene expression prediction, based on the reconstructed spatial information. Due to the lack of time-series gene expression profiles, STEP enriches the input representation by incorporating higher-order structural features from Hi-C data. To accommodate for differences between miRNA and mRNA datasets, two distinct structures develop on a shared spatiotemporal backbone. Results show that STEP achieves strong predictive performance across unseen time points, outperforming baseline methods in correlation-based metrics and reveals meaningful associations between gene expression patterns and structural genomic features. Overall, this thesis demonstrates that integrating 3D genome organization with temporal modeling improves the understanding of dynamic gene regulation.
Benzer Tezler
- Bulanık kümeler ve meteoroloji uygulamaları
Fuzzy sets and applications of meteorology
HASAN TATLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ ŞEN
- Madencilikte bilgisayar uygulamaları ve SURPAC 2000 yazılımı ile bir saha çalışması
Başlık çevirisi yok
TANER ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiKazı Mekanizasyonu Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN ERGİN
- Hibrit üç yönlü periyodik minimal yüzeyli üç boyutlu grafen yapıların mekaniği ve tasarımı
The mechanics and design of hybrid triply periodic minimal surfaces of three dimensional graphene
OSMAN FURKAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Beşinci metakarpal kırıklarının tedavisi için yeni bir yaklaşım geliştirilmesi
Development of a new approach for the treatment of fifth metacarpal fractures
LÜTFİYE CAYMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
DOÇ. DR. LEVENT BAYAM
- Otobüslerde kullanılan yakıt tankları dayanımının statik ve dinamik analizlerle doğrulanması
Proving strength of the fuel tanks which are used in busses by performing static and dynamic analysis
HALİL BURAK USTAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU