Essays on gene regulatory network models and their stability analysis
Gen düzenleyici ağ modelleri ve onların kararlılık analizi üzerine denemeler
- Tez No: 830057
- Danışmanlar: PROF. DR. HİTAY ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Gen ifadesi, biyolojik hücrelerin nasıl çalıştığını anlama ve değerlendirme sürecinde öne çıkan alanlardan biridir. Genler ve düzenleyici modüller arasındaki karmaşık mekanizmayı temsil eden gen düzenleyici ağlar, gen ifadesini ve hücre fonksiyonlarını kontrol etmede önemli bir role sahiptir. Bu modeller, transkripsiyon faktörlerinin bir hücre içindeki düzenleyici modüllerle etkileşimlerini açıklar. Gen düzenleyici ağların analizi ve geliştirilmesine odaklanmış birçok çalışma bulunmakla birlikte, hala katkı yapılabilecek alanlar vardır. Bu tez, sentetik biyoloji kullanılarak oluşturulan gen ağlarından ilham alarak geliştirilen yeni bir modeli araştırmakta ve bu modelde ortaya çıkan doğrusal olmayan sonsuz boyutlu dinamiklerin kararlılık analizlerini sunmaktadır. Tezin ilk bölümünde, daha önce incelenmiş zaman gecikmesi içeren bir referans gen düzenleyici ağ modelinin genişletilmesi ve modelin doğrusallaştırma analizi sunulmuştur. Genişletilmiş modelin tasarımında, modellenmemiş dinamikler ve yüksek dereceli dinamikleri içeren göz ardı edilmesi muhtemel etkileşimler kullanılmıştır. Genişletilmiş sistemin kararlılığı, çeşitli doğrusal olmayan fonksiyonlar ve tasarım değişkenleri göz önünde bulundurularak analiz edilmiş ve sonuçlar referans alınan orijinal model ile karşılaştırılmıştır. İkinci kısımda, bir gen ağı modelini dinamik sistemin çarpanlı bir pertürbasyonunu kullanarak genişletmekteyiz. Bu genişletilmiş modeldeki her bir kademeli alt sistem, yüksek geçiren filtreye sahip bir çarpanlı terim dahil olmak üzere ek bir blok içermektedir. Ayrıca, sistemin gürbüzlük ve zaman gecikmesi marjı üzerinde ek değişkenlerin etkisi araştırılmıştır. Farklı tasarım değişkenleri ile yapılan deneyler, gen düzenleyici ağların kararlılık özelliklerinin genişletilmiş modelde belirli pertürbasyonlar altında iyileştirilebileceğini göstermektedir. Üçüncü bölümde iki genli orijinal ve genişletilmiş gen ağlarına odaklanarak, gen düzenleyici ağlardaki doğrusal olmayan dinamiklerin ve kaosun analizi yapılmıştır. Kaotik dinamikler zaman gecikmelerine güçlü bir şekilde bağlıdır, ancak orijinal ve genişletilmiş modellerin her ikisi de dikkate alındığında kaos içeren devre motifleri farklılık göstermektedir. Sonuçlarımız, gen ağına özgü yüksek dereceli bir genişleme için, iki gen içeren bir sistemde herhangi bir öz-engelleme kullanmadan kaotik dinamiklerin gözlemlenebileceğini göstermektedir. Bu bulgu, modellenmemiş dinamikler tarafından tetiklenen orijinal referans modelinin değiştirilmesinin bir sonucu olarak açıklanabilir. Ek parametrelere sahip düzenleyici gen ağı modellerinin periyodik olmayan dinamikleri daha kolay gösterdiğini öne sürmekteyiz.
Özet (Çeviri)
Gene expression is one of the core areas in comprehending and assessing how biological cells work. Gene regulatory networks (GRNs), representing the intricate mechanism between genes and their regulatory modules, are instrumental in controlling gene expression and cell functions. These models shed light on how transcription factors interact with their regulatory modules within a cell. Despite the multitude of studies focusing on the analysis and enhancement of GRNs, there is still room for contributions. This thesis investigates a novel framework inspired by the gene networks constructed using synthetic biology, and presents stability analyses of the nonlinear infinite dimensional dynamical system models arising in this framework. In the first part of the thesis, we extend a previously studied benchmark GRN model including time delay, and present an analysis of the extended framework. We utilize unmodeled dynamics and possibly ignored interactions, including higher-order dynamics, in our system design. The stability of the extended system is analyzed by considering various nonlinearity functions and design parameters, and the results are compared with those of the benchmark original model. In the second part, we employ an extension of a gene network model using a multiplicative perturbation of the dynamical system. Each cascaded subsystem in this extended framework has an additional block, including a multiplicative term with a high-pass filter, and the effect of additional parameters on the robustness and delay margin of the system is investigated. Experiments with various design parameters yield that the stability characteristics of GRNs can be improved using the model pertaining to the extension under specific perturbations. Finally, the third part covers the analysis of nonlinear dynamics and chaos in GRNs, particularly focusing on the two-gene original and extended gene networks. Chaotic dynamics depend strongly on the inclusion of time delays, but the circuit motifs that show chaos differ when both original and extended models are considered. Our results suggest that for a particular higher-order extension of the gene network, it is possible to observe the chaotic dynamics in a two-gene system without adding any self-inhibition. This finding can be explained as a result of the modification of the original benchmark model induced by unmodeled dynamics. We argue that regulatory gene circuit models with additional parameters demonstrate non-periodic dynamics much more easily.
Benzer Tezler
- Başlangıcından bugüne kadar Türkiye'de çağdaş grafik sanatı ve tanıtım grafiği
Başlık çevirisi yok
A. NESRİN AKÖREN
- Toprak dağılımı ve tarımsal işletmelerde yeni bir tabakalandırma girişimi
Başlık çevirisi yok
FERİDE ALTAN
- Ülkü (1933-1950) dergisinin sistematik taraması
The Systematic research on periodical named Ülkü (1933-1950)
PEİ LİN Lİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Türk Dili ve EdebiyatıAnkara ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OLCAY ÖNERTOY
- De La theoire pedagogique Rousseauiste a la pratique litteraire Stendhalienne: Comportements des personnages feminins dans les romans de Stendhal
From educational theory of Rousseau to the litteral practice of Stendhal: Woman behaviour in Stendhal's novels
GÜL BAYSAN TEKAY
Doktora
Fransızca
2000
Fransız Dili ve EdebiyatıHacettepe ÜniversitesiFransız Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JALE ERLAT
- Essays on some combinatorial optimization problems with interval data
Verileri aralık sayılar olan bazı en iyileme problemleri üzerine denemeler
HANDE YAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA Ç. PINAR