ادغام داده های هیستونی به منظور بازسازی شبکه های تنظیمی ژنی با استفاده از مدل های بیزین

یکی از مسائل مهم وچالش برانگیز در سیستم های بیولوژیکی، کشف مکانیزم هایی است که کنترل بیان ژن را بر عهده دارند. شبکه های تنظیمی ژنی مدل هایی هستند که در سطح ژنی این مکانیزم ها را بررسی می کنند. درک چگونگی ارتباط میان ژن ها در این نوع شبکه ها، یک گام مهم در فهم الگوی بیان ژن محسوب می شود. از آن جا که بسیاری از بیماری ها به دلیل الگوی بیان ژنی ناسالم پدید می آیند، حصول هر اطلاعاتی در این مورد به درمان بیماری ها کمک می کند. پیدایش تکنولوژی های جمع آوری داده در حجم بالا، امکان اندازه گیری سطح بیان هزاران ژن را به صورت هم زمان فراهم آورد، که در نتیجه ی آن، می توان بسیاری از تقابلات تنظیمی میان ژن ها را از این داده ها استخراج کرد. از کنار هم قرار دادن سطوح بیانی حاصل از انجام آزمایشات در شرایط یا زمان های مختلف، پروفایل های بیانی ایجاد می شوند. شباهت ها و تفاوت ها میان پروفایل های بیانی، بسیاری از این روابط تنظیمی را آشکار می سازد. فرض مشترک میان مطالعات اولیه این بوده که ژن ها با پروفایل های بیانی مشابه دارای عملکرد مشابهی نیز هستند. پس، ممکن است در مکانیزم تنظیمی یکسانی شرکت داشته باشند. در این مطالعات از روش های خوشه بندی برای تشخیص گروه های ژنی هم بیان، استفاده شد. هنگام مدل سازی شبکه های تنظیمی، ژن ها به مانند جعبه هایی هستند که داده های سطح بیان نمایانگر ورودی و تغییرات سطح بیان نشان دهنده خروجی آن ها هستند. با وارد کردن جزئیات بیش تر در این جعبه ها، اطلاعات خروجی نیز دقیق تر خواهند بود. بسیاری از فاکتورهای زیستی وجود دارند که بر سیستم های تنظیم ژن اثر می گذارند. نسل دوم روش ها بر مبنای ادغام اطلاعات این فاکتورها با داده بیان ژن تمرکز دارند. از انواع این فاکتورها می توان به فعل و انفعالات پروتئین-dna، پروتئین-پروتئین، دنباله های محل اتصال فاکتورهای رونویسی، میزان فشردگی کروماتین اشاره کرد. از مهم ترین این فاکتورها که اخیرا مورد توجه قرار گرفته، عوامل اپیژنتیکی هستند. مجموعه عوامل اپیژنتیکی بدون ایجاد تغییر در دنباله dna، سبب تغییر در روند عادی بیان ژن می گردند. معمولا این عوامل با ایجاد تغییر در ساختار dna، پیچش و فشردگی، باعث بیان یا عدم بیان ژن ها می شوند. به دلیل پیچیدگی اثر این عوامل و تازگی کشف اثر آن ها، کمتر از سایر عوامل تنظیمی در بازسازی شبکه های ژنی استفاده شده اند. با این توصیفات سعی داشتیم اثر عوامل اپیژنتیکی، به طور خاص تغییرات هیستونی را در ساخت شبکه های ژنی بررسی کنیم. دو روش، برای ساخت ماتریس اطلاعات از داده های تغییرات هیستونی، پیشنهاد شده است. این ماتریس با داده بیان ژن ادغام شد. سپس، با استفاده از شبکه های بیزی، شبکه ژنی مورد نظر را از داده های ادغام شده استنتاج کردیم. با مقایسه این شبکه با شبکه به دست آمده از آزمایشات تجربی دقت مدل خود را سنجیده شد. نتایج آزمایشات کارایی رهیافت پیشنهادی را تایید می کند. در ابتدای این پایان نامه به شرح مفاهیم پایه ای زیستی، که در ادامه به آن احتیاج خواهیم داشت، می پردازیم. پس از آن، نگاهی اجمالی خواهیم داشت بر انواع روش های استنتاج شبکه های ژنی. علت انتخاب شبکه های بیزین برای مدل سازی مسئله مان را بیان خواهیم کرد. در ادامه شرحی کامل از مدل بیزی، الگوریتم های مورد نیاز، روش ادغام داده های هیستونی و داده های بیان ژن را خواهیم آورد. اطلاعات پیاده سازی و نتایج حاصله نیز در پایان آورده شده است.