1. The combination of the functionalities of feedback circuits is determinant for the attractors' number and size in pathway-like Boolean networks
- Author
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Nathan Weinstein, Daniel González-Tokman, Aurélien Naldi, Luis Mendoza, David A. Rosenblueth, Elena R. Alvarez-Buylla, Eugenio Azpeitia, Stalin Muñoz, Mariana Esther Martinez-Sanchez, Modeling plant morphogenesis at different scales, from genes to phenotype (VIRTUAL PLANTS), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas [México] (IIMAS), Universidad Nacional Autónoma de México = National Autonomous University of Mexico (UNAM), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología [Mexico] (CONACYT), Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas [México], Instituto de Ecologia, Laboratorio de Matemática Aplicada y Cómputo de Alto Rendimiento del Departamento de Matemáticas (ABACUS), Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV), Dynamique des interactions membranaires normales et pathologiques (DIMNP), Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Montpellier (UM), Centro de Ciencias de la Complejidad (c3), Instituto de Investigaciones Biomedicas, PASPA-DGAPA-UNAM : 261225, UNAM-DGAPA-PAPIIT : IN 208517, IN 205517, N 211516, IN 204217, SEP-CONACyT : 221341, CONACyT : 240180, 180380, 2015-01-687, 251420, EDOMEX-2011-C01-165873, 400554, PASPA-DGAPA-UNAM, ABACUS, Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
- Subjects
0301 basic medicine ,Computer science ,Feedback circuits ,Epistasis and functional genomics ,Machine learning ,computer.software_genre ,03 medical and health sciences ,0302 clinical medicine ,[MATH.MATH-ST]Mathematics [math]/Statistics [math.ST] ,Attractor ,[MATH.MATH-CO]Mathematics [math]/Combinatorics [math.CO] ,Combinatoire ,applied mathematics ,Statistiques (Mathématiques) ,automation ,Multidisciplinary ,business.industry ,statistique informatique ,mathématiques appliquées ,030104 developmental biology ,Combinatorics ,automatisation ,Artificial intelligence ,Erratum ,Biological system ,business ,computer ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
Molecular regulation was initially assumed to follow both a unidirectional and a hierarchical organization forming pathways. Regulatory processes, however, form highly interlinked networks with non-hierarchical and non-unidirectional structures that contain statistically overrepresented circuits or motifs. Here, we analyze the behavior of pathways containing non-unidirectional (i.e. bidirectional) and non-hierarchical interactions that create motifs. In comparison with unidirectional and hierarchical pathways, our pathways have a high diversity of behaviors, characterized by the size and number of attractors. Motifs have been studied individually showing that feedback circuit motifs regulate the number and size of attractors. It is less clear what happens in molecular networks that usually contain multiple feedbacks. Here, we find that the way feedback circuits couple to each other (i.e., the combination of the functionalities of feedback circuits) regulate both the number and size of the attractors. We show that the different expected results of epistasis analysis (a method to infer regulatory interactions) are produced by many non-hierarchical and non-unidirectional structures. Thus, these structures cannot be correctly inferred by epistasis analysis. Finally, we show that the combinations of functionalities, combined with other network properties, allow for a better characterization of regulatory structures.
- Published
- 2017
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