1. Improved Medical Education in Basic Sciences
for Better Medical Practicing
ImproveMEd
Sistemska biologija za medicinu
I. Uvod u sistemsku biologiju - kako sustav funkcionira?
3. Ovisno o korištenom
reznom komadu moguće
je dobiti bilo koji od ovih
rezova. I samo gledanjem
u komade za rezanje
možete predvidjeti kakav
će biti ishod.
5. Što je složeniji sustav teže predvidjeti sve
moguće funkcije koje on izvodi
.
Zamislite sustav napravljen od 100 000 komada ...
po ćeliji ...
6. Sistemska biologija pokušava razumjeti kako
molekule međusobno djeluju i udružuju se kako bi
proizvele subcelularne strojeve koji oblikuju
funkcionalne jedinice sposobne za operacije koje
su potrebne za fiziološke funkcije na razini stanice,
tkiva i organa.
Iyengar, 2000s
7. 20.st. se bavila pojedinačnim molekulama
(rendgenska kristalografija) i njihovim
binarnim interakcijama (kinetika enzima)
1962.
8. Koja je svrha signalizacije
inzulina?
Choi & Kim, 2010, skeletal muscle
- ↑ Unošenje u skeletni mišić i mast
- ↑ Sinteza glikogena u mišićima
- ↓ Sinteza glikogena u mišićima
- ↓ lipoliza u adipocitima
Informacije izvan stanice pretvaraju se u niz
reakcija s konačnim ishodom - regulacijom
unutarstaničnih procesa.
Svrha signalizacije inzulina je povećati unos
glukoze i stimulirati metabolizam stanica!
9. Možemo li matematički prikazati proces transdukcije i
izračunati konačne proizvode? Ako znamo početnu
koncentraciju liganda i receptora i brzinu reakcije
naprijed i natrag, možemo izračunati kako se proizvod
formira s obzirom na vrijeme.
Ispitivanja radioliganda korištena su za mjerenje brzine konstante
i koncentracije receptora u pojedinačnim eksperimentima.
10. Proces prijenosa signala (cijeli
signalni put) može se napisati kao
niz običnih diferencijalnih
jednadžbi (ODE) koje se koriste za
predstavljanje reakcija enzima,
počevši od receptora i završavajući
s krajnjim proizvodima.
11. Pristup odozdo prema gore:
pojedinačni eksperimenti i
pojedinačna otkrića binarne
molekularne interakcije.
Studije o hipotezi!
cAMP Sutherland (1971.) cAMP ovisna protein kinaza A Krebs &
Fisher (1992.) G-proteini - Gilman & Rodbell (1994.) Î -
adrenergijski receptori Lefkowitz & Kobilka (2012.)
Pristup odozdo prema gore:
pojedinačni eksperimenti i pojedinačna otkrića binarne
molekularne interakcije.
Studije o hipotezi!
12. Ako entiteti iz jednog
signalizacijskog puta
interagiraju s entitetima
drugog puta, putovi postaju
mreže.
13. 1. Sustavi biologije temelje se na molekularnoj
biologiji, biokemiji i staničnoj biologiji i koriste već
prikupljena znanja o biološkim interakcijama.
2. Sistemska biologija integrira postojeća znanja iz
mnogih eksperimenata u računalnim modelima. Svrha
je pronaći funkcije koje izlaze iz složenih interakcija
koje nisu predviđene promatranjem pojedinih
komponenti (npr. Prisutnost prekidača u signalnoj
mreži, robusnost)
14. Po prvi put je u mreži MAP-kinaze
otkriveno ponašanje kod prebacivanja
pomoću računalne simulacije i
eksperimentalnog dokazivanja.
Samo ako su razine EGF-a bile iznad 5
nM tijekom 100 min, razine MAPK nisu
se vratile na početnu vrijednost, ali su
ostale visoke. Stanica za okretanje
prekidača iz jednog načina rada u drugi
(stanje mirovanja / podjela) izgrađena
je u mreži uzajamno povezanih
signalnih putova (PLCγ-PKC & Ras-Raf-
MAPK) Bhalla & Iyengar (1999) Science 283: 381-7.
15. Putovi signaliziranja imaju motive koji nalikuju
elektroničkim mrežama, npr. povratne petlje.
Povratne petlje s pozitivnim i negativnim
regulatorima djeluju pod širokim rasponom
fizioloških uvjeta - osciliraju između dva stanja -
što prepoznajemo kao fleksibilnost i robusnost.
Bhalla & Iyengar, 2001.
Pozitivni
regulatori
Negativni
regulatori
16. 3. Sustavna biologija koristi eksperiment koji istodobno
mjeri mnoge molekularne entitete.
Top-Down pristup - velika i sveobuhvatna slika kojoj su
potrebni posebni matematički modeli, statistički alati i
bioinformatika. Studije koje generiraju hipoteze!
17. Jedan od prvih radova koji su koristili pristup
velikim podacima bio je:
Iyer et al. (1999) The transcriptional program in
the response of human fibroblasts to serum.
Science. 283:83-7
Mikroarve su korištene za istodobno mjerenje
9996 elemenata, što predstavlja 8613 ljudskih
gena u 8-satnoj vremenskoj točki nakon tretmana
serumom. RNA iz stanica koje su bile lišene
seruma upotrijebljene su za pripravu Cy3-
obilježene cDNA, dok je RNA iz stimuliranih
stanica korištena za pripravu cDNA označene Cy5.
Iyer et al. (1999)
19. Genomics - geni koji su uključeni u određenu
fiziološku funkciju.
Proteomics – ko-eksprimirani geni.
Metabolomics – Mnogi metaboliti postoje
istovremeno u stanici, tkivu ili organu.
OMICS= eksperimentalni pristup koji istodobno mjeri
mnoge pojedinačne entitete u isto vrijeme i
rezultate s velikim podacima. Često se koristi za
usporedbu između različitih vremenskih točaka ili
različitih uvjeta.
20. Veliki podaci javno su dostupni na mjestima kao što
su: GEO (profiliranje mRNA), Target Scan
(mikroRNA), Swiss-Prot (proteini), OMIM (geni
bolesti), DbGAP (studije udruživanja u genomu).
Bioinformatika je disciplina koja se bavi
organiziranjem velikih podataka na pretraživ
način i izdvajanjem ključnih podataka.
21. Za izračunavanje iz baze podataka koriste se dva glavna
pristupa:
1. generiranje popisa entiteta koji su statistički
međusobno povezani u istoj bazi (u to vrijeme i pod
tim uvjetima), npr. svi ko-eksprimirani proteini na
izgladnjivanju
2. generiranje popisa statistički ko-povezanih entiteta
između različitih baza "npr. sve eksprimirane mRNA u
Downovom sindromu.
22. 1. Sustavi biologije temelje se na biokemiji, molekularnoj
biologiji i staničnoj biologiji.
2. Sustavi biologije koriste eksperimente dizajnirane u OMIC-
ovom stilu.
3. Daljnjom analizom prikupljenih podataka koriste se
statističke metode, bioinformatički pristup i različiti tipovi
modeliranja.
4. Osnovni cilj biologije sustava je otkrivanje skrivenih
mehanizama i funkcija koje proizlaze iz sustava kao cjeline i
koje se ne mogu otkriti promatranjem pojedinih dijelova.
