Applicazione della biologia dei sistemi all’identificazione di reti di regolazione complesse

La regolazione e la funzione dei geni associate a malattie genetiche è di fondamentale importanza per capire i meccanismi molecari alle base della malattia. E’ particolarmente difficile, tuttavia, spiegare le basi molecolari della patogenesi a cause della complessità dei meccanismi biologici coinvolti nella regolazione e nella funzione dei geni malattia. Geni, proteine e metaboliti, infatti, sono organizzati in estese reti di regolazione che permetto alla cellula di rispondere, adattarsi e comunicare con il proprio ambiente. La grandezza e complessità di questi reti ha reso difficile elucidarne la struttura e la funzione. Per affrontare questo problema, nel progetto svilupperemo: (1) uno strumento software per simulare in silico il comportamento di reti di regolazione note in diverse condizioni sperimentali; (2) un algoritmo veloce e scalibile che permetta la costruzione di un modello quantitativo di una rete di regolazione di geni e proteine, senza che siano note né la strutture né la funzione della rete. Il modello quantitativo può essere utilizzato per identificare la regolazione dei singoli geni nella rete; in particolare è possibile identificare quei geni che sono di maggiore importanza per il corretto funzionamento della rete. Il modello, inoltre, può essere utilizzato per identificare quei geni che mediano direttamente l’attività di molecole farmacologicamente attive, e quindi spiegarne il meccanismo di azione. Utilizzando l’approccio che qui proponiamo sarà possibile identificare per un gene di interesse (ed esempio un gene malattia) la rete di regolazione in cui esso si trova e quindi capire come questo viene regolato e quali altri geni esso regola, sia in condizione fisiologiche che patologiche. Questo è di fondamentale importanza per capire i meccanismi molecolari alla base delle malattie genetiche.