Projektbeschreibung
Neue Wege zur Steuerung biologischer Netzwerke
Biologische Elemente interagieren mit anderen Strukturen, um Netzwerke zu bilden. Deren Dynamik steuern zu können, ist für die wissenschaftliche Forschung von entscheidender Bedeutung. Besonders gilt das für die pharmazeutische und medizinische Industrie. Trotz aller Fortschritte in der Netzwerkanalyse fehlen immer noch die erforderlichen rechnerischen Ansätze. Das Projekt NETCONTROLOGY wird erforschen, auf welche Weise biologische Netzwerke gesteuert werden können. Schwerpunkte sind zwei topaktuelle medizinische Studien: Neuprogrammierung von Krebsnetzwerken (Suche nach wirkstoffsensiblen Schwachstellen zur Verbesserung der Krebstherapeutik) und zielgenaue Ermittlung enzymatischer Quellen für relevanten oxidativen Stress zur Unterstützung der Neuroprotektion bei Schlaganfall. Zu diesem Zweck wird das Projekt nichtlineare, quantitative und dynamische Netzwerkmodelle für biologische Netzwerke mit mehreren Regulierungsmechanismen entwickeln. Außerdem werden verschiedene Mittel zum Vergleich der Netzwerke auf Basis ihrer Steuerbarkeit entwickelt.
Ziel
A dynamic system is controllable if, given suitable inputs, it can be driven from any initial state to any desired final state in finite time. Despite the advances in network science, computational approaches that can be used to characterize the dynamics of complex, biological systems are still lacking. This project aims at determining how biological networks can be controlled with focus on two cutting-edge case studies from medicine. Existing controllability approaches work essentially on graphs and do not consider other constraints typically arising in biological systems (e.g. steady-state). This strengthens the need for development of such methods. In this project, nonlinear, quantitative and dynamic network models will be developed for biological networks with multiple regulatory mechanisms. In these networks, it is vital to identify the subset of key components and regulatory interactions whose perturbation leads to the desirable functional changes. However, it is typically neither feasible, nor necessary to control the whole network. Instead, for many practical applications, it would suffice to control a preselected subsystem of target nodes. Besides full controllability, target controllability of the networks will also be addressed. Different measures will be developed to compare networks based on their controllability. The established network control principles will be exploited to (a) reprogram cancer networks through their druggable vulnerabilities to improve anticancer therapeutics (case study 1), and (b) target the enzymatic sources of relevant oxidative stress to support neuroprotection in stroke (case study 2).
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordinator
6200 MD Maastricht
Niederlande