Freie Universität Berlin, Studiengang Bioinformatik, WS 2005/06
Di 16-18 Uhr, Arnimalle 2-6, SR 25/26
Dozent: Wolfram Liebermeister
Zellen haben eine komplexe und dynamische innere Struktur und können diese selbst unter harten Umweltbedingungen aufrechterhalten. Gleichzeitig reagieren sie differenziert auf Veränderungen der Umgebung und setzen bei Bedarf komplizierte Prozesse wie Teilung, Differenzierung oder Apoptose in Gang. Dies wird durch eine Vielzahl von Steuerungssystemen ermöglicht: das Repertoire der Zellen für verschiedene Zeitskalen reicht von der allosterischen Kontrolle von Enzymen über Signaltransduktion, Kontrolle der Transkription, epigenetische Kontrolle von Genen bis zu Mutationen und Reorganisation des Genoms.
Das Design von regulatorischen Netzen kann hochkomplex sein, beruht aber häufig auf überraschend einfachen Grundprinzipien: bei der schrittweisen Entwicklung diese Systeme durch "trial and error" stand die Evolution immer wieder bestimmten Grundaufgaben gegenüber - z.B. Homöostase, Umschaltvorgänge, Signalverstärkung, dazu Robustheit gegen leichte genetische Variation - und bediente sich deshalb auch immer wieder ähnlicher Lösungen.
In den letzten Jahren haben sich durch Kombination von traditioneller Molekularbiologie, Hochdurchsatzmethoden und mathematischer Modellierung überraschende Einsichten in das Design, die Funktionsweise und die Evolution von biologischen Steuerungssystemen ergeben. Sogar die Grundhypothese, dass die Evolution Steuerungsvorgänge optimieren kann, läßt sich in Einzelfällen im Labor testen. Im Seminar wollen wir uns einige neuere Publikationen genauer ansehen: wir beginnen mit der Struktur und Funktion von genregulatorischen Netzen, lernen die metabolische Kontrolltheorie kennen, behandeln das Design von Signaltransduktionswegen und kommen schließlich zur optimalen Steuerung von Zellvorgängen. Auf diesem Weg werden wir an immer wieder allgemeinen Designprinzipien wie Robustheit, Einfachheit und Modularität begegnen.
| Datum | Thema | Vortragende |
|---|---|---|
| 18. 10. 05 | Einführung ins Thema und Vergabe der Themen | |
| Genregulatorische Netze | ||
| 25. 10. 05 | Struktur von Transkriptionsnetzen: Module und Motive | |
| 1. 11. 05 | Module, Robustheit und Evolution | |
| 8. 11. 05 | Die Feed-forward-Schleife: Struktur, Dynamik und Funktionen | Fabian Buske |
| Steuerung einzelner Gene | ||
| 15. 11. 05 | Steuerungsprogramme zweier Gene | Martin Gühmann |
| 22. 11. 05 | Kleine genetische Netze: Einfache Steuerungsprogramme | Marvin Schulz, Sabine Pilari |
| 29. 11. 05 | Große genetische Netze: Network component analysis | Christian Ehrlich, Falko Krause |
| 6. 12. 05 | Die Evolution von Regulatoren und Bindungsstellen | Christina Habermehl, Ulrike Schmidt |
| Kontrolle, Variabilität und Robustheit | ||
| 13. 12. 05 | Individualität der Zellen: Rauschen und Robustheit | Robert Lehmann, Özgür Demir |
| 3. 1. 06 | Robustes Design: das Chemotaxissystem in E.Coli | Ben-Fillippo Krippendorff |
| 10. 1. 06 | Steuerung des Galaktoseweges | Chris Bielow, Christian Hoffmann |
| Signalwege | ||
| 17. 1. 06 | Kalziumsignale | Christian Senger, Sebastian Köhler |
| 24. 1. 06 | Signalwege: Eigenschaften von MAP-Kaskaden | Alexander Riemer |
| Optimalsteuerung | ||
| 31. 1. 06 | Optimale Enzymaktivitäten und Expressionsmuster | Jannis Uhlendorf, Tim Landgraf |
| 7. 2. 06 | Optimale Umschaltvorgänge, Just-in-time-Produktion | Jonas Maaskola, Kawe Yoocef |
| 14. 2. 06 | Evolution im Labor: Optimalsteuerung im Lac-Operon | Sandro Andreotti, Christopher Hardt |
| 21. 2. 06 | Wnt/β-catenin-Weg / Ausklang: Woran Zellen denken | Anyess von Bock |