Die Netzwerk-Schnittstelle zwischen Genregulation und Metabolismus - Mathematische Beschreibung, Dynamik und evolutionäre Organisationsprinzipien

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Bornholdt; Professor Dr. Marc-Thorsten Hütt
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202059689

In diesem Projekt werden wir ein Materialflussnetz (Metabolismus) und ein Boolesches Regulationsnetz (Genregulation) zusammenfügen und die dynamischen Prozesse dieser beiden verkoppelten Netzwerke analysieren. Wir werden mathematische Modelle verwenden, um die gemeinsame Dynamik der beiden Systeme zu beschreiben und so zu einer integrierten Sicht auf das System zu gelangen. Das verkoppelte System wird auf drei Skalen diskutiert: (1) abstrakte Boolesche Netze, die mit abstrakten Flussnetzen verkoppelt sind, (2) spezifische Modelle wohldefinierter zellulärer Prozesse (die wir in entsprechende regulatorische und metabolische Unternetzwerke zerlegen, (3) verkoppelte Netzwerke der Genregulation und metabolischer Reaktionen auf der Skala ganzer Organismen (E. coli, Hefe, Mensch).Insbesondere wollen wir verstehen, wie sich das Zusammenspiel der beiden Systeme evolutionär entwickelt hat und wie jedes System das andere auf einer evolutionären Zeitskala geprägt hat.Folgende Resultate streben wir an: (1) ein Formalismus zur Analyse und Beschreibung verkoppelter Fluss- und Regulationsnetzwerke, (2) mathematische Modelle für die Dynamik ausgewählter Subsysteme an der Schnittstelle von Genregulation und Metabolismus und (3) einen konzeptionellen Ansatz für Schnittstellenkrankheiten, als eine dynamische Sichtweise auf das systemweite Fehlschlagen auf beiden Ebenen zellulärer Organisation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen