सिस्टम जीनोमिक्स और नेटवर्क बायोलॉजी

जीन और प्रोटीन शायद ही कभी अकेले कार्य करते हैं। सिस्टम जीनोमिक्स और नेटवर्क बायोलॉजी कोशिका के अणुओं को अंतःक्रियाओं (भौतिक, नियामक, या कार्यात्मक) से जुड़े नोड्स के रूप में दर्शाते हैं और परिणामी नेटवर्क का विश्लेषण करते हैं ताकि यह समझा जा सके कि जीनोटाइप फेनोटाइप कैसे उत्पन्न करता है और एक घटक को परेशान करने से पूरे सिस्टम में बीमारी कैसे फैलती है।

Definition

सिस्टम जीनोमिक्स कई आणविक घटकों के एकीकृत व्यवहार के माध्यम से जीनोम फ़ंक्शन का अध्ययन है, और नेटवर्क बायोलॉजी उन घटकों का अंतःक्रियात्मक नोड्स (जीन, प्रोटीन, या अन्य अणु) के नेटवर्क के रूप में प्रतिनिधित्व और विश्लेषण है, जिनकी टोपोलॉजी और मॉड्यूलर संरचना का कार्य और बीमारी के तंत्र का अनुमान लगाने के लिए विश्लेषण किया जाता है।

Scope

यह विषय जैविक नेटवर्क के निर्माण और विश्लेषण को शामिल करता है: प्रोटीन-प्रोटीन अंतःक्रिया और जीन-नियामक नेटवर्क, उनके टोपोलॉजिकल गुण, मॉड्यूल और हब, और बीमारी का नेटवर्क-चिकित्सा ढांचा। यह नेटवर्क को एक पद्धतिगत और वैचारिक विषय के रूप में मानता है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• आणविक अंतःक्रियाओं को एक नेटवर्क के रूप में कैसे दर्शाया और विश्लेषण किया जा सकता है?
• हब, मॉड्यूल और कनेक्टिविटी जैसे नेटवर्क गुण जीव विज्ञान के बारे में क्या बताते हैं?
• एक ही बीमारी से जुड़े जीन नेटवर्क में क्यों क्लस्टर होते हैं?
• विषम प्रायोगिक और क्यूरेटेड साक्ष्य से नेटवर्क कैसे बनाए जाते हैं?

Key concepts

• नोड्स और किनारे; इंटरेक्टोम
• प्रोटीन-प्रोटीन अंतःक्रिया नेटवर्क
• जीन नियामक नेटवर्क
• नेटवर्क टोपोलॉजी: हब, डिग्री, मॉड्यूलरिटी
• रोग मॉड्यूल और नेटवर्क मेडिसिन
• नेटवर्क विज़ुअलाइज़ेशन और एकीकरण

Mechanisms

जैविक नेटवर्क अणुओं को नोड्स के रूप में और उनके संबंधों को किनारों के रूप में दर्शाकर बनाए जाते हैं, जहां किनारे भौतिक बंधन, नियामक नियंत्रण, या STRING जैसे संसाधनों द्वारा एकत्रित साक्ष्य-भारित कार्यात्मक जुड़ाव को दर्शा सकते हैं। परिणामी टोपोलॉजी का विश्लेषण संगठनात्मक सिद्धांतों को प्रकट करता है: बड़ी संख्या में अत्यधिक जुड़े हुए हब, घनी तरह से जुड़े मॉड्यूल जो अक्सर जैविक प्रक्रियाओं के अनुरूप होते हैं, और एक समग्र संरचना जिसमें कार्यात्मक रूप से संबंधित जीन एक साथ करीब होते हैं। नेटवर्क-चिकित्सा परिप्रेक्ष्य इसका उपयोग यह तर्क देने के लिए करता है कि एक ही बीमारी में योगदान करने वाले जीन एक साझा पड़ोस (एक रोग मॉड्यूल) पर कब्जा करते हैं, ताकि बीमारी को अलग-थलग जीनों की क्रिया के बजाय एक जुड़े हुए सिस्टम के स्थानीयकृत गड़बड़ी के रूप में समझा जा सके। साइटोस्केप जैसे सॉफ्टवेयर वातावरण विज़ुअलाइज़ेशन और विश्लेषण परत प्रदान करते हैं जो इन नेटवर्कों को सुलभ बनाता है।

Clinical relevance

नेटवर्क दृष्टिकोण निहित जीनों को उनकी अंतःक्रियाओं के संदर्भ में रखकर जीनोमिक परिणामों की व्याख्या करने में मदद करते हैं, साझा तंत्र और उम्मीदवार जीनों के बारे में परिकल्पनाओं का समर्थन करते हैं। वे बताते हैं कि आणविक संबंधों को कैसे मॉडल और विश्लेषण किया जाता है और इन्हें संदर्भ अभिविन्यास के रूप में अभिप्रेत किया जाता है, न कि व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों के आधार के रूप में।

History

2000 के दशक की शुरुआत में जैसे-जैसे अंतःक्रिया डेटा जमा हुआ, कोशिका को भागों की सूची के बजाय एक नेटवर्क के रूप में देखा जाने लगा। साइटोस्केप (2003) ने शोधकर्ताओं को आणविक अंतःक्रिया नेटवर्क को देखने और विश्लेषण करने के लिए एक सामान्य मंच दिया, और STRING जैसे संघ डेटाबेस ने विविध साक्ष्यों को जीनोम-स्केल नेटवर्क में एकत्रित किया। नेटवर्क-चिकित्सा ढांचा (2011) ने इन विचारों को संश्लेषित किया, यह प्रस्तावित करते हुए कि इंटरेक्टोम की टोपोलॉजी यह आकार देती है कि आनुवंशिक गड़बड़ी बीमारी को कैसे जन्म देती है और यह कि बीमारी से जुड़े जीन पहचान योग्य मॉड्यूल बनाते हैं।

Debates

अंतःक्रिया नेटवर्क कितने पूर्ण और विश्वसनीय हैं?

इंटरेक्टोम विषम, अधूरे और शोर वाले डेटा से इकट्ठे किए जाते हैं, इसलिए स्पष्ट हब या मॉड्यूल जीव विज्ञान के बजाय अध्ययन पूर्वाग्रह और कवरेज अंतराल को दर्शा सकते हैं; नेटवर्क टोपोलॉजी से निकाले गए निष्कर्ष इस बात के प्रति संवेदनशील होते हैं कि नेटवर्क कैसे बनाया गया था।

Key figures

• Albert-László Barabási
• Joseph Loscalzo
• Trey Ideker
• Christian von Mering

Seminal works

• shannon-2003
• barabasi-2011

Frequently asked questions

नेटवर्क मेडिसिन में रोग मॉड्यूल क्या है?

एक रोग मॉड्यूल आणविक अंतःक्रिया नेटवर्क का एक जुड़ा हुआ पड़ोस है जिसके जीन एक ही बीमारी में योगदान करते हैं; नेटवर्क-चिकित्सा दृष्टिकोण यह मानता है कि रोग जीन इंटरेक्टोम में बेतरतीब ढंग से बिखरने के बजाय एक साथ क्लस्टर होते हैं।

एक जैविक नेटवर्क में हब क्या हैं?

हब असामान्य रूप से बड़ी संख्या में कनेक्शन वाले नोड्स होते हैं। वे अक्सर कार्यात्मक रूप से महत्वपूर्ण जीनों या प्रोटीनों के अनुरूप होते हैं, और उनके हटाने या गड़बड़ी का कम जुड़े हुए नोड्स की तुलना में व्यापक प्रभाव पड़ता है।