Mathematical models of RNA and protein synthesis dynamics and their integration with gene expression data
RNA 和蛋白质合成动力学的数学模型及其与基因表达数据的整合
基本信息
- 批准号:2745223
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- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2022
- 资助国家:英国
- 起止时间:2022 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Gene expression is the ultimate example of a dynamic complex system that includes thousands of regulatory parts interacting at various time scales. Currently, we know much more about these parts than we know about their dynamics. For example, we don't know how DNA and RNA sequences specify RNA and proteins synthesis rates, which vary between genes over several orders of magnitude [1]. Without understanding these variations, we do not understand how natural sequences work, and we cannot engineer synthetic sequences that work reliably.In recent years, a growing number of experimental methods has been developed that can measure gene expression at the single-molecule and genome-wide level. Now that the data to understanding gene expression dynamics is available, mathematical models are needed to connect single-molecule dynamics to genome-wide data and to design new sequences with defined elongation dynamics and synthesis rate.In this project, the student will extend recently developed stochastic model reduction techniques [2] to solve models of transcription and translation dynamics that are based on the totally asymmetric simple exclusion process (TASEP) [3], a driven diffusive lattice gas model that forms a cornerstone of nonequilibrium physics. A primary goal is to analyse TASEP-based models of transcription and translation dynamics that account for non-uniform, sequence-dependent elongation rates, in accordance with recent experimental observations. A secondary goal is to use these models to infer transcription and translation elongation rates from genome-wide sequencing data [3]. A final goal is to cross-check these rates with known determinants of transcription and translation dynamics to better understand gene-specific variations of RNA and protein synthesis rates.The project will give the student a solid foundation in the basic molecular biology of transcription and translation, and its modelling using stochastic simulations. No previous background on these topics is assumed. A basic knowledge of probability theory and some experience in coding are necessary. The project is ideal for a student with a mathematics or physics degree who is interested in the quantitative modelling of living systems using stochastic models borrowed from nonequilibrium statistical physics. The student will be based in the C. H. Waddington building which houses the Centre for Synthetic and Systems Biology at the University of Edinburgh.
基因表达是动态复杂系统的终极例子,该系统包括数千个在不同时间尺度相互作用的调控部分。目前,我们对这些部件的了解远多于对其动态的了解。例如,我们不知道 DNA 和 RNA 序列如何指定 RNA 和蛋白质合成速率,而基因之间的合成速率差异达几个数量级 [1]。如果不了解这些变异,我们就无法了解自然序列的工作原理,也无法设计出可靠工作的合成序列。近年来,越来越多的实验方法被开发出来,可以测量单分子和基因组的基因表达。宽层次。既然已经有了理解基因表达动态的数据,就需要数学模型来将单分子动态与全基因组数据联系起来,并设计具有定义的延伸动态和合成率的新序列。在这个项目中,学生将扩展最近开发的随机模型简化技术 [2] 用于求解基于完全不对称简单排除过程 (TASEP) [3] 的转录和翻译动力学模型,TASEP 是一种驱动扩散晶格气体模型,构成非平衡物理学的基石。主要目标是根据最近的实验观察,分析基于 TASEP 的转录和翻译动力学模型,该模型解释了不均匀、序列依赖性延伸率。第二个目标是使用这些模型从全基因组测序数据推断转录和翻译延伸率 [3]。最终目标是将这些速率与转录和翻译动力学的已知决定因素进行交叉检查,以更好地了解 RNA 和蛋白质合成速率的基因特异性变化。该项目将为学生提供转录和翻译的基本分子生物学的坚实基础,及其使用随机模拟的建模。不假定这些主题以前有任何背景。概率论的基本知识和一些编码经验是必要的。该项目非常适合拥有数学或物理学位、对使用从非平衡统计物理学借用的随机模型对生命系统进行定量建模感兴趣的学生。该学生将在爱丁堡大学合成与系统生物学中心的 C. H. Waddington 大楼工作。
项目成果
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专利数量(0)
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