%36تخفیف

دانلود پروژه:الگوی تحلیل پویایی ساختار شبکه های تنظیم ژنی  

تعداد 190صفحه در فایل word

مهندسی صنایع

الگوی تحلیل پویایی ساختار شبکه های تنظیم ژنی

 

چکیده

شناخت شبکه‏های گوناگون زیست‏مولکولی و تحلیل تاثیر برهم‏کنش‏های عناصر برعملکرد کلی سلول با رویکرد سیستمی از مهمترین حوزه‏های پژوهشی زیست‏شناسی به شمار می‏رود. از مهم‏ترین این شبکه‏ها، شبکه تنظیم ژنی است که بر عملکرد کلی سلول و موجود زنده تاثیر می‏گذارد. نقش تعیین کننده ژن‏ها به صورت مجزا در تعیین ماهیت وعملکرد یک موجود زنده یک فرضیه اساسی زیست‏شناسی است. در عین حال در سطح بالاتر در یک ارتباط سیستمی ژن‏ها در تعامل با یکدیگر در تعیین عملکرد کلی سلول و موجود زنده نقش دارند. موضوع اصلی این پژوهش، توسعه و کاربرد الگوهای تحلیل ساختار و پویایی شبکه‏های تنظیم ژنی و بررسی ارتباط متقابل پویایی حالت و تغییرات ساختاری در شبکه می‏باشد.

در این رساله، شبکه تنظیم ژنی با گراف علامت‏دار و حالت دوتایی برای هر ژن مدل شده است. ملاحظات نظری ویژه‏ای در تحلیل ساختار و تکامل شبکه‏های با گراف علامت‏دار وجود دارد که اساسا مبتنی بر دو نظریه تعادل ساختاری در تئوری گراف و سیستم‏های یکنوا در حوزه سیستم‏‏های کنترل است. بر مبنای این ملاحظات، در این رساله یک مدل دو فازی برای تکامل توام شبکه بر مبنای ارزیابی پویای کارایی پیوند‏ها پیشنهاد شده است. در این راستا مفاهیمی برای ارزیابی ساختار سیستم‏ها از منظر تعادل ساختاری ارائه شده است. بر این مبنا، افراز سیستم به زیر سیستم‏های تا حد امکان یکنوا و تعیین لینک‏های موثر در ارتباط متعادل این زیر‏سیستم‏ها به عنوان رویکردی در شناسایی واحدهای عملکردی و تعیین عناصر موثر در کنترل سیستم مطرح شده است. همچنین شاخص‏هایی مانند میزان تطبیق دو الگوی افراز بر مبنای چگالی و الگوی افراز بر مبنای تعادل ساختاری در گراف علامت‏دار، برای طبقه‏بندی سیستم‏ها و ارزیابی رفتار پویای سیستم معرفی شده است. با بررسی دو مدل‏ مطرح در اندرکنش عناصر شبکه و توسعه آن‏ها به گراف علامت‏دار نشان داده می‏شود که شاخص‏های مزبور در مسیر و وضعیت تعادل نهایی سیستم موثر بوده و رفتار سیستم در انتشار اطلاعات و نویز تحت تاثیر آن‏ها قرار دارد.

الگو و مفاهیم مطرح شده با شبیه‏سازی عددی گسترده مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می‏دهد که خوشه‏های متعادل فرایند آبشاری را متوقف کرده و انتشار اغتشاش را محدود می‏کنند. چنین ساختاری به سطح انرژی پایین‏تر در تعادل نهایی گرایش داشته و سیستم نسبت به نویز و اغتشاش، اینرسی بیشتری دارد. در یک شبیه سازی روی 100 نمونه شبکه با ساختار دنیای کوچک با مقادیر متفاوت (4 کلاس) ضریب خوشه‏بندی، علامت گذاری یال‏ها به ازای 6 سطح متفاوت تعادل انجمن‏ها انجام شد. در هر سطح تعادل به ازای هر مقدار خوشه بندی، الگوریتم پویایی شبکه از 1000 حالت اولیه تصادفی اجراشد. نتایج نشان می دهد که یک اغتشاش اولیه در 10% رئوس یک گروه با ضریب خوشه‏بندی بالا و سطح پایین تعادل ساختاری در سطح کل شبکه منتشر می‏گردد در حالی که با افزایش سطح تعادل به سطح 85% ، انتشار این اغتشاش اولیه در همان گروه محدود می‏ماند.

کاربرد این مفاهیم در تعدادی از شبکه‏های تنظیم ژنی نشان می‏دهد که اولا ساختار این شبکه‏ها به تعادل ساختاری نزدیک است. علاوه بر این، بررسی نتایج افراز شبکه فوق و زیر شبکه‏های آن بر مبنای تعادل ساختاری و بر مبنای چگالی آشکار می‏سازد که این دو الگو از یکدیگر فاصله داشته و این مطلب به قابلیت سیستم در انتشار اطلاعات اشاره دارد. از طرفی بررسی تاثیر ژن‏های واسطه در ارتباط خوشه‏های متعادل، اهمیت نقش لینک‏های مثبت در حفظ موقعیت تعادل را نشان می‏دهد. در حوزه زیست‏شناسی سیستمی، کاربردهای گسترده‏ای برای این مفاهیم و شاخص‏ها هم در شناسایی و طبقه بندی کارکرد سیستم ها و هم در تعیین عناصر کلیدی می‏توان در نظر گرفت. به عنوان مثال تعیین ارتباطات اصلی ترکیب اصلی ژنی در یک بیماری یا تعیین ژن‏های کلیدی در مسیر تمایز سلولی از کاربردهای قابل ذکر این رویکرد است. به این ترتیب در این پژوهش چارچوبی برای شناسایی، تحلیل و ارزیابی الگوهای ساختاری شبکه‏های علامت‏دار و ارتباط آن با کارکرد سیستم ارائه شده است. کاربرد مفاهیم و رویکرد مزبور در تحلیل و کنترل سایر شبکه‏ها مانند شبکه‏های مالی، شبکه های عصبی مصنوعی و نقشه‏های شناختی فازی پیشنهاد می‏گردد.

کلید واژه: تکامل توام شبکه، تعادل ساختاری، سازگاری گراف، خوشه های متعادل،  شبکه‏های تنظیم ژنی

 

فهرست

فصل اول: کلیات

1

1- 1- مقدمه

1

1-2- موضوع پژوهش

3

1-2-1- شبکه های تنظیم ژنی

4

1-2-2-  پویایی حالت و پویایی ساختاری شبکه ها

6

1-2-3- مسئله پژوهش/ سوالات و اهداف اصلی

8

1-3- ضرورت و اهمیت پژوهش

10

1-4- دستاوردها و کاربردهای متصور

11

1-5- مراحل پژوهش

12

1-6- داده های پژوهش

15

1-7- ساختار گزارش

16

فصل دوم: مفاهیم و نظریه های پایه، مروری بر پیشینه پژوهش

18

2-1- مقدمه

18

2-2- شبکه های پیچیده

19

2-2-1-   شبکه های پیچیده از مدل های تصادفی تا شبکه های واقعی

20

2-2-2-  نظریه گراف تصادفی

21

2-2-3-  مدل دنیای کوچک

28

2-2-4- مدل مقیاس آزاد

29

2-3- تکامل توام شبکه

31

2-3-1- پویایی حالت شبکه

31

2-3-2- پویایی ساختاری شبکه ها

36

2-3-3- پویایی متقابل ساختار و حالت شبکه

38

2-4- شبکه های بیومولکولی

39

2-4-1- شبکه‏های تنظیم ژنی

43

2-4-2- محورهای پژوهشی در زمینه شبکه های تنظیم ژنی

46

2-5-  مدل سازی شبکه تنظیم ژنی

50

2-6- خلاصه فصل

52

فصل سوم: گراف علامت‏دار و مدل دو مرحله‏ای تکامل شبکه های علامت دار

53

3-1- مقدمه

53

3-2- مفاهیم و نظریه‏های پایه در تکامل توام شبکه علامت‏دار

54

3-2- 1-  بستار سه تایی و تحول ساختاری شبکه‏ها

55

3-2-2-  شبکه‏های علامت‏دار و تعادل ساختاری

57

3-2-3-  سیستم‏های یکنوا و نزدیک به یکنوا

60

3-3- مدل پیشنهادی: مدل دومرحله‏ای تکامل شبکه‏های علامت‏دار

65

3-3-1- مرور مدل

67

3-3-2- انرژی سیستم و تجدید ساختار بر مبنای حداقل سازی سطح انرژی سیستم

71

3-3-3- ارائه معیارهایی برای ارزیابی کارایی پیوندها

74

3- 3- 4-   نتایج اجرای مدل  با شبیه سازی

76

3-4- خلاصه فصل

81

فصل چهارم: توسعه مفاهیم و الگوهای تحلیل ساختار در شبکه های علامت دار

83

4-1- مقدمه

83

4-2- الگوها و مشخصه های ساختاری – مفاهیم و معیارهای پیشنهادی

84

4-2-1- معیارهای ارزیابی محلی: معیارهای ارزیابی پیوند و گره

85

4-2-2-معیارهای ارزیابی ساختاری کلان

88

o       فاصله از تعادل و سازگاری در شبکه

88

o       تطبیق طرح خوشه‏های متعادل و انجمن‏های چگال

90

o       سازگاری خوشه های متعادل

94

4-3-  تحلیل تاثیر خوشه‏های متعادل در رفتار سیستم

95

4-3-1- پویایی سیستم تحت قانون اکثریت محلی در شبکه علامت‏دار و تاثیر خوشه‏های متعادل

96

4-3-2-  خوشه های متعادل و فرایند انتشار در شبکه (مدل آبشاری

105

4-4- خلاصه فصل

116

فصل پنجم: کاربرد الگو و مفاهیم ارائه شده در شبکه های تنظیم ژنی

117

5-1-  مقدمه

117

5-2- مرور پژوهش های مرتبط

118

5-3- معرفی مجموعه داده

123

5-4- تعادل ساختاری شبکه‏های تنظیم ژنی  و خوشه‏بندی متعادل

126

5-5-  مسیرهای تعادلی و تحلیل حالت گذرا و تعادل نهایی از دیدگاه سازگاری

129

5-6- انجمن‏های چگال و خوشه‏های متعادل: تطبیق دو الگو

132

5-7- پیوندهای مثبت بین خوشه های متعادل: ژن های اساسی

139

5-8- خلاصه فصل

144

فصل ششم: جمع بندی و نتیجه گیری

147

6-1- مقدمه

147

6-2- مرور محورهای پژوهش/ دستاوردها

148

6-2-1-  بررسی مدل‏های تحلیل پویایی شبکه، مدل سازی شبکه‏های تنظیم ژنی

148

6-2-2- مدل دومرحله‏ای تکامل توام شبکه بر مبنای ارزیابی پویای پیوندها

149

6-2-3- توسعه الگوی تحلیل ساختار بر مبنای تعادل ساختاری و سازگاری شبکه

151

6-2-4- تحلیل تاثیر خوشه های متعادل در انتشار اطلاعات و استحکام سیستم

153

6-2-5- کاربرد الگو و مفاهیم ارائه شده در شبکه های تنظیم ژنی

155

6-2-6- تحلیل و پیش بینی رفتار گذرا و حالت تعادل نهایی سلول

158

6-3- کاربردهای پژوهش

159

6-4- دشواری ها و محدودیت های پژوهش

167

6-5- پیشنهادهایی برای پژوهش های بعدی

168

مراجع

171

 

 

فهرست جدول‏ها

جدول 4-1-  مقدار متوسط تعداد پله‏های زمانی تا تعادل ,  مقدار متوسط تعداد گره‏ها در وضعیت b در تعادل نهایی

111

جدول 5-1- خلاصه مرور پژوهش‏ها در زمینه شبکه‏های زیستی علامت‏دار‏

122

جدول 5-2- فهرستی از پایگاه‏های داده مربوط به شبکه‏های تنظیم بازنویسی

124

جدول 5-3-  فهرستی از پایگاه‏های داده در زمینه داده‏های Microarray

125

جدول 5-4-  نتایج خلاصه آشکارسازی انجمن‏ها در net a.  (resolution= 0.8, modularity= 0.67)

135

جدول 5-5-  نتایج خلاصه آشکارسازی انجمن‏ها در net a.  (resolution= 0.3, modularity= 0.67)

136

جدول 5-6-  نتایج خلاصه آشکارسازی انجمن‏ها در net b.  (resolution= 0.3, modularity= 0.74)

137

جدول 5-7-   نتایج خلاصه خوشه بندی بر مبنای تعادل ساختاری در شبکه net b.

137

جدول 5-8-  پاسخ شبکه به حذف ژن‏‏های مربوط به کمان‏های سازگار  بین خوشه‏های متعادل

141

 

 

 

 

 

فهرست شکل‏ها

شکل 1-1- چارچوب کلی رساله

14

شکل 2-1-  نقشه ای از برهم کنش پروتئین‏ها در سلول مخمر

21

شکل 2-2- فرایند تکامل گراف در مدل Erdos-Renyi

23

شکل 2-3- توزیع متوسط درجه رئوس برای مدل گراف تصادفی

24

شکل 2-4- توزیع جمعیت شهرهای امریکا سال 2000

24

شکل2-5-  فرایند سیم‏بندی مجدد مدل Watts- Strogatz

28

شکل 2-6- نمایش توزیع درجه رئوس و ضریب خوشه بندی  برای سه مدل گراف تصادفی

30

شکل 2-7- فرضیه اساسی زیست شناسی مولکولی

40

شکل 2-8-  اجزاء سلولی در معماری شبکه‏های زیست مولکولی

42

شکل 2-9-  داده‏های Omic و شبکه‏های بیومولکولی

43

شکل 2-10- ترتیب متفاوت فعالیت ژن ها در سلول های گوناگون

44

شکل 2-11-  فرایند بیان ژنی

45

شکل 2-12-  برهم‏کنش‏های ژنتیکی در شبکه‏های تنظیم ژنی

45

شکل 2-13-   نمایش شماتیک شبکه تنظیم ژنی

46

شکل 2-14- مثالی از شبکه بولین

48

شکل 2-15- شماتیکی از فضای حالت شبکه های بولین

48

شکل 2-16- مدل غیرخطی از یک ژن

49

شکل 2-17- طرح شماتیک یک گراف علامت‏دار، جهت‏دار با اسپین دوگانه

51

شکل3-1-  اصل بستار سه تایی

55

شکل 3-2-  ترکیبات ممکن علامت ارتباطات در یک تریاد

57

شکل 3-3-  تعادل ساختاری در قضیه Harary

58

شکل 3-4-  تعادل ساختاری ضعیف در تعریف Davis

59

شکل 3-5-  پیوندهای سازگار و ناسازگار

61

شکل3-6-  نسبت پیوندهای ناخشنود برحسب تعداد تکرار فاز 2

78

شکل 3-7- a(n)  در شروع هر تکرار فاز 2

79

شکل 3-8-  توزیع درجه ورودی رئوس پس از 10 بار اجرای فاز 2

79

شکل 3-10-  توزیع درجه خروجی رئوس پس از 10 بار اجرای فاز 2

80

شکل 4-1- تفاوت دو الگوی افراز گراف علامت‏دار بر مبنای چگال و بر مبنای تعادل ساختاری

92

شکل 4-2- احتمال وقوع حالت تعادل نوع s1 بر حسب سطوح متفاوت تعادل انجمن‏ها بر مبنای نتایج شبیه سازی

100

شکل 4-3- احتمال وقوع حالت تعادل نوع  s1 بر حسب مقادیر مختلف ضریب خوشه بندی

101

شکل 4-4- تعداد پیوندهای ناخشنود در حالت تعادل برحسب ضریب خوشه‏بندی بر مبنای نتایج شبیه‏سازی

103

شکل 4-5-  فاصله بین حالت تعادل اولیه و تعادل پس از 5% اغتشاش در انجمن‏ها برحسب سطح تعادل انجمن ها

104

شکل 4-6- شرط تغییر وضعیت گره i

107

شکل 4-7- پیشرفت فرایند انتشار با شروع از گره های 1 و 2 به عنوان آغازگر

108

شکل 4-8- خوشه با سازگاری p

110

شکل 4-9-  اثر سطح تعادل روی دامنه انتشار: حالت‏های اولیه و نهایی به ازای اغتشاش اعمال شده به یک انجمن

113

شکل 4-10- متوسط تعداد گره‏ها در وضعیت B بر حسب مقادیر مختلف سطح تعادل در انجمن‏ها q=0.4

115

شکل 4-11- متوسط تعداد گره‏ها در وضعیت B بر حسب مقادیر مختلف سطح تعادل در انجمن‏ها q=0.5

115

شکل 5-1-  تصویر شماتیک خوشه بندی متعادل از یک زیر شیکه تنظیم ژنی مربوط به سلول  E.coli

128

شکل 5-2- یک موتیف تک ورودی

135

شکل 5-3- نمایش خوشه بندی متعادل netb  و انجمن های چگال

138

شکل 6-1- مدل ساده‏ای از متغیرهای موثر در بهداشت یک شهر

162

1 دیدگاه برای دانلود پروژه:الگوی تحلیل پویایی ساختار شبکه های تنظیم ژنی  

  1. Qzkjah

    walgreen generic allergy pills exact allergy pills best allergy medicine for itching

دیدگاه خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo