Estudios de redes de regulación genéticas con modelos discretos

Pérez Lázaro, Pablo
Bruscolini, Pierpaolo (dir.) ; Sanz Remón, Joaquín (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2021
Departamento de Física Teórica, Área de Física Teórica

Programa conjunto en Física-Matemáticas

Resumen: Las distintas fases del ciclo celular están dirigidas por una red de regulación. La evolución
de las moléculas involucradas en la red se puede modelizar como variables acopladas a través de
interacciones. El modelo de ciclo celular que se utiliza es una red de corrientes de actividad, con
variables cualitativas lógicas que representan las proteínas reguladoras del ciclo y los complejos
cdk/ciclina de la célula. Se estudia la evolución de complejos cdk/ciclina porque se conocen sus
interacciones con las proteínas reguladoras. Además, la periodicidad de estas moléculas sigue las
distintas fases del ciclo celular.
Un método clásicamente utilizado en biología de sistemas para la resolución de la evolución de
redes de regulación es el algoritmo de Gillespie. Una herramienta basada en este algoritmo en la
que además ya se ha conseguido reproducir el modelo del ciclo celular es el entorno MaBoSS [1].
Por otra parte, se busca aplicar el método de Aproximación Variacional en Clúster, que hasta el
momento no se ha utilizado nunca para redes de regulación genéticas. Este método se ha utilizado
en tratamiento de sistemas como modelos epidémicos SIS o al estudio de transiciones en materiales
con estructuras cristalinas. El objetivo es estudiar el modelo del ciclo celular con esta herramienta,
comparándolo con MaBoSS, un método clásico en biología de sistemas.
Con motivo de estudiar cómo se comporta el método CVM en este nuevo ámbito, se evalúan
ejemplos típicos de sistemas de redes de regulación de complejidad creciente.
En primer lugar, se trata un modelo de dos nodos que conforman un bucle entre cuatro estados
del sistema. Después, se estudia el modelo resultante de añadir un tercer nodo, de forma que
el sistema tiene un estado atractor alcanzado escapando del bucle de cuatro estados anterior o
siguiendo un árbol de estados. Con estos dos modelos sencillos se identifican algunos de los objetos
que suelen aparecer en redes de regulación: bucles, atractores o árboles. Finalmente se ha estudiado
la evolución del modelo de ciclo celular en CVM, comparándola con los resultados de la herramienta
MaBoSS.
Tras estudiar los tiempos de ejecución de los dos métodos y cómo de cercanos son los resultados
del CVM a la teoría sobre el ciclo celular, se prueba que esta técnica es aplicable sin utilizar métodos
clásicos como MaBoSS de forma auxiliar.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado