[논문 리뷰] On Programs and Genomes

Eric Werner|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 24.

Computability, Logic, AI Algorithms참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 게놈을 발달 제어 시스템으로 이해하기 위한 계산 프레임워크를 제안하며, 세포 성장, 분열, 분화를 조율하는 제어 유전자인 '세나(cene)'라는 개념을 도입한다. 세놈(genome)은 상호 연결된 세나들의 글로벌 네트워크로, 발생을 규제하고 게놈의 복잡성과 생물의 복잡성 간의 연결 고리를 제공하며, 진화와 발달에 대한 영향을 미치는 시스템 수준의 게놈 조절 모델을 제시한다.

ABSTRACT

We outline the global control architecture of genomes. A theory of genomic control information is presented. The concept of a developmental control network called a cene (for control gene) is introduced. We distinguish parts-genes from control genes or cenes. Cenes are interpreted and executed by the cell and, thereby, direct cell actions including communication, growth, division, differentiation and multi-cellular development. The cenome is the global developmental control network in the genome. The cenome is also a cene that consists of interlinked sub-cenes that guide the ontogeny of the organism. The complexity of organisms is linked to the complexity of the cenome. The relevance to ontogeny and evolution is mentioned. We introduce the concept of a universal cell and a universal genome.

연구 동기 및 목표

• 게놈의 글로벌 제어 아키텍처를 이해하기 위한 이론적 프레임워크를 개발하는 것.
• 유전자 기능에서 부분 유전자(part-genes)와 제어 유전자(cenes)를 구분하는 것.
• 서로 연결된 세나들이 어떻게 발달을 이끄는 세놈(cenome)을 형성하는지 모델링하는 것.
• 세놈을 통해 게놈의 복잡성과 생물의 복잡성 간의 연결 고리를 맺는 것.
• 시스템 생물학의 기초 개념으로서의 보편 게놈과 보편 세포를 제안하는 것.

제안 방법

• 세포가 해석함으로써 세포 행동을 이끄는 제어 유전자로 '세나'의 개념을 도입한다.
• 서로 연결된 하위 세나들로 구성된 글로벌 발달 제어 네트워크인 '세놈'으로 게놈을 모델링한다.
• 계산 제어 이론의 원리를 게놈 조절에 적용하여 세나를 실행 가능한 프로그램으로 간주한다.
• 세놈 자체가 세나임을 입증함으로써 발달 과정에서 자기 참조적 조절이 가능하다는 것을 제안한다.
• 시스템 생물학과 네트워크 이론을 사용하여 세나들이 다세포 발달을 어떻게 조율하는지 기술한다.
• 이론적 일반성 확보를 위해 보편 게놈과 보편 세포를 포함하도록 프레임워크를 확장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 게놈을 유전 정보의 저장소가 아니라 발달 제어 시스템으로 이해할 수 있는가?
• RQ2 제어 유전자(cenes)가 세포 행동과 다세포 발달을 어떻게 이끄는가?
• RQ3 세나들이 어떻게 상호 연결되어 발달을 규제하는 글로벌 조절 네트워크(세놈)를 형성하는가?
• RQ4 세놈의 복잡성은 생물의 복잡성과 어떤 방식으로 관련되어 있는가?
• RQ5 시스템 생물학에서 보편 게놈과 보편 세포의 이론적 기초는 무엇인가?

주요 결과

• 세놈은 세나들이 상호 연결되어 구성된 게놈 내의 글로벌 발달 제어 네트워크로, 생물의 발달을 이끈다.
• 세나들은 세포에 의해 해석되고 실행되어 성장, 분열, 분화, 소통 등의 행동을 이끈다.
• 생물의 복잡성은 세놈의 복잡성과 직접적으로 연결되어 있으며, 발달 조절의 시스템 수준 설명을 제공한다.
• 세놈 자체가 세나임을 입증함으로써 게놈 제어 아키텍처에 자기 참조 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• 이 프레임워크는 보편 게놈과 보편 세포를 도입하여 시스템 생물학의 기초 모델을 제안한다.
• 이 이론은 네트워크 기반의 제어 메커니즘을 통해 발달, 진화, 게놈 조절 간의 개념적 다리를 놓는다.