Attractor identification and quantification in asynchronous discrete dynamics
Elisabeth Remy (Institut de Math´ ematique de Marseille)
Workshop Th´ eorie des r´ eseaux bool´ eens et ses applications en biologie
Attractor identification and quantification in asynchronous discrete - - PowerPoint PPT Presentation
Attractor identification and quantification in asynchronous discrete dynamics Elisabeth Remy (Institut de Math ematique de Marseille) Workshop Th eorie des r eseaux bool eens et ses applications en biologie November 4, 2014 Outline
Workshop Th´ eorie des r´ eseaux bool´ eens et ses applications en biologie
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(Thomas and d’Ari, Biological Feedback 1989) 2
(Thomas and d’Ari, Biological Feedback 1989)
gi ∈G Di: is the state space, where Di = {0, . . . , Max(gi)}
2
(Thomas and d’Ari, Biological Feedback 1989)
gi ∈G Di: is the state space, where Di = {0, . . . , Max(gi)}
2
000 001 010 011 100 101 110 111
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000 001 010 011 100 101 110 111
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000 001 010 011 100 101 110 111
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Tumour samples: 163 Invasive samples: 89 Non-invasive samples: 74
Tumor stage CIS signature TP53 mutation MDM2 GNL status (BAC CGH) FGFR3 mutation PIK3CA mutation RAS mutation CCND1 GNL status (BAC CGH) CDKN2A GNL status (MLPA) RB1 GNL status (MLPA) E2F3 GNL status (BAC CGH) RBL2 GNL status (BAC CGH) Non-muscle-invasive tumors (Ta/T1) No alteration Hemizygous deletion Muscle-invasive tumors (T2-4) Mutated Homozygous deletion CIS+ Amplification Missing data CIS- Gain
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¡ ¡ Found ¡in ¡ literature? ¡ ¡ CIT ¡ CIT ¡sup ¡ CIT ¡inv ¡ 1 ¡ 1.1 ¡ co-‑occurrence ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ PIK3CA ¡mut* ¡ yes ¡ 0.012 ¡ 0.063 ¡ 1 ¡ 1.2 ¡ co-‑occurrence ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ CDKN2A ¡ homozygous ¡ del ¡ yes ¡(in ¡ invasive ¡ tumours) ¡ 0.017 ¡ 0.4 ¡ 0.0067 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 2 ¡ 2.1 ¡ exclusivity ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ RAS ¡mut ¡ yes ¡ 0.01 ¡ 0.001 ¡ 1 ¡ 2.2 ¡ exclusivity ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ E2F3 ¡ampl ¡ no ¡ 0.059 ¡ 0.42 ¡ 1 ¡ 2.3 ¡ exclusivity ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ CCND1 ¡ampl ¡ no ¡ 0.031 ¡ 0.004 ¡ 1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 3 ¡ ¡ ¡ exclusivity ¡ FGFR3 ¡mut ¡-‑ ¡ TP53 ¡mut ¡ yes ¡and ¡ no! ¡ 0.0014 ¡ 0.304 ¡ 1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 4 ¡ ¡ ¡ co-‑occurrence ¡ TP53 ¡mut ¡and ¡ amplificaJon ¡de ¡ E2F3 ¡ no ¡ 5.03E-‑05 ¡ 0.135 ¡ 0.006 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 5 ¡ ¡ ¡ co-‑occurrence ¡ E2F3 ¡ampl ¡-‑ ¡RB1 ¡ homozygous ¡ del ¡ yes ¡ 1 ¡ 1 ¡ NA ¡
Tumour samples: 163 Invasive samples: 89 Non-invasive samples: 74
Tumor stage CIS signature TP53 mutation MDM2 GNL status (BAC CGH) FGFR3 mutation PIK3CA mutation RAS mutation CCND1 GNL status (BAC CGH) CDKN2A GNL status (MLPA) RB1 GNL status (MLPA) E2F3 GNL status (BAC CGH) RBL2 GNL status (BAC CGH) Non-muscle-invasive tumors (Ta/T1) No alteration Hemizygous deletion Muscle-invasive tumors (T2-4) Mutated Homozygous deletion CIS+ Amplification Missing data CIS- Gain
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Node Value Logical function DNAdamage 0/1 Constant (input) GrowthInhibitors 0/1 Constant (input) EGFR_stimulus 0/1 Constant (input) FGFR3_stimulus 0/1 Constant (input) EGFR 1 (EGFR_stimulus | SPRY) & !FGFR3 & !GRB2 FGFR3 1 FGFR3_stimulus &!EGFR &!GRB2 GRB2 1 (FGFR3 & !GRB2 & !SPRY) | EGFR SPRY 1 RAS RAS 1 EGFR | FGFR3 | GRB2 PI3K 1 GRB2 & RAS & !PTEN AKT 1 PI3K PTEN 1 TP53 CyclinD1 1 (RAS | AKT) & !p16INK4a & !p21CIP p16INK4a 1 GrowthInhibitors & !RB1 p14ARF 1 E2F1 RB1 1 !CyclinD1 & !CyclinE1 & !p16INK4a & !CyclinA RBL2 1 !CyclinD1 & !CyclinE1 p21CIP 1 (GrowthInhibitors | TP53) & !CyclinE1 & !AKT CDC25A 1 (E2F1 | E2F3) & !CHEK1_2 & !RBL2:1 CyclinE1 1 CDC25A & (E2F1 | E2F3) & !RBL2 & !p21CIP CyclinA 1 (E2F1 | E2F3) & CDC25A & !p21CIP & !RBL2 E2F1 1 ( (!(CHEK1_2:2 & ATM:2) & (RAS | E2F3:1 | E2F3:2)) | (CHEK1_2:2 & ATM:2 & !RAS & E2F3:1)) & !RB1 & !RBL2 2 (RAS | E2F3:2) & CHEK1_2:2 & ATM:2 & !RB1 & !RBL2 E2F3 1 RAS&!RB1 & !CHEK1_2:2 2 RAS & !RB1 & CHEK1_2:2 ATM 1 DNAdamage & !E2F1 2 DNAdamage & E2F1 CHEK1_2 1 ATM & !E2F1 2 ATM & E2F1 MDM2 1 (TP53 | AKT) & !p14ARF & !ATM TP53 1 ((ATM & CHEK1_2) | E2F1:2) & !MDM2 Apoptosis 1 !E2F1 & TP53 2 E2F1:1|E2F1:2 Proliferation 1 CyclinE1 | CyclinA GrowthArrest 1 p21CIP | RB1 | RBL2
!
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G0 G1 G3 G2
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G0 G1 G3 G2
G0 G1 G2
r
G0(x) = (xG1 = 1)∨ (xG2 = 0)
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G0 G1 G3 G2
G0 G1 G2
r
G0(x) = (xG1 = 1)∨ (xG2 = 0)
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EGFR_stimulus FGFR3_stimulus DNA_damage Growth_inhibitor Proliferation Apoptosis Growth_arrest EGFR FGRF3 HRAS E2F1 E2F3 CyclinD1 CylinE1 CylcinA CDC25A P16INK4a RB1 RBL2 p21CIP ATM CHEK1 MDM2 TP53 p14ARF PTEN PI3K AKT GRB2 SRPY Number of states 1 1 1
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1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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1 * * * * * 0/1 * * * * * * * * * * *
184320
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 0/1 * * * * * * * * * * * * * * * 0/1 * * * 1 * * * * * * * 1 1 1 * * 0/1 1 1 * * * * * *
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1 1 1 1 * * 1 1 1 1 1 1 1 * *
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1 1 1 1 1 * * 1 1 1 1 1 1 1 * *
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* * 0/1 1 1 1 1 1 1 1 * *
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FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡p21CIP ¡KO ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡ATM ¡E1 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡ATM ¡E2 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡TP53 ¡E1 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡PI3K ¡E1 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡AKT ¡E1 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡GRB2 ¡E1 ¡ ¡ FGFR3 ¡E1, ¡p16INK4a ¡KO, ¡SPRY ¡KO ¡
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000 001 010 011 100 101 110 111
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000 001 010 011 100 101 110 111
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000 001 010 011 100 101 110 111
39
(Naldi et al., CMSB 2007)
(de Jong and Page, IEEE/ACM Trans. Comp. Biol. Bioinf. 2008)
(Za˜ nudo and Albert, PLoS One 2013)
(Garg et al., RECOMB 2007)
(B´ erenguier et al., Chaos 2013)
(Mendes, Monteiro et al., ECCB 2014 submitted)
(M¨ ussel et al., Bioinformatics 2010) 40
(Naldi et al., CMSB 2007)
(de Jong and Page, IEEE/ACM Trans. Comp. Biol. Bioinf. 2008)
(Za˜ nudo and Albert, PLoS One 2013)
(Garg et al., RECOMB 2007)
(B´ erenguier et al., Chaos 2013)
(Mendes, Monteiro et al., ECCB 2014 submitted)
(M¨ ussel et al., Bioinformatics 2010)
(Mendes, Monteiro et al., ECCB 2014 submitted) 40
(Naldi et al., CMSB 2007)
(de Jong and Page, IEEE/ACM Trans. Comp. Biol. Bioinf. 2008)
(Za˜ nudo and Albert, PLoS One 2013)
(Garg et al., RECOMB 2007)
(B´ erenguier et al., Chaos 2013)
(Mendes, Monteiro et al., ECCB 2014 submitted)
(M¨ ussel et al., Bioinformatics 2010)
(Mendes, Monteiro et al., ECCB 2014 submitted)
(Stoll et al., BMC Syst Biol 2012) 40
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1 16
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1 16
1 2
1 2
42
1 16
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1 4
1 4
1 4
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1 4
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1 16
1 16
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1 8
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1 16
1 16
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1 16
1 16
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3 32
1 32
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5 16 42
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3 64
1 32
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1 32
1 16
3 64
5 16
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1 16
3 64
1 32
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13 32 42
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5 64
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1 16
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7 128
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11 128
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5 128
7 128
5 16
57 128 42
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Q0 =
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 1
1 2 1 2 46
Q0 =
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 1
1 2 1 2 46
Q0 =
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 1
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Q0 =
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 1
1 2 1 2 46
Q0 =
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 1
46
Q1 =
8 15 1 15 4 15 2 15 1 15 2 15 8 15 4 15 2 15 4 15 1 15 8 15 4 15 8 15 2 15 1 15 1 2 1 2
1 1 1
8 15 1 15 4 15 2 15 46
Q1 =
8 15 1 15 4 15 2 15 1 15 2 15 8 15 4 15 2 15 4 15 1 15 8 15 4 15 8 15 2 15 1 15 1 2 1 2
1 1 1
46
Q1 =
8 15 1 15 4 15 2 15 1 15 2 15 8 15 4 15 2 15 4 15 1 15 8 15 4 15 8 15 2 15 1 15 1 2 1 2
1 1 1
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47
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48
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Prolifera)on ¡ 58% ¡ Growth_arrest ¡ 42% ¡
FGRF3 ¡E1 ¡(DNA ¡damage=0) ¡
Prolifera)on ¡ 44% ¡ Growth_arrest ¡ 44% ¡ Null ¡ 12% ¡
PI3K ¡E1 ¡(DNA ¡damage=0) ¡
Prolifera)on ¡ 65% ¡ Growth_arrest ¡ 35% ¡
FGFR3 ¡E1 ¡& ¡PI3K ¡E1 ¡(DNA ¡damage=0) ¡
50
FGFR3 ¡E1 ¡& ¡PI3K ¡E1 ¡& ¡CDKN2A=0 ¡(DNA ¡damage=0) ¡ ¡ 51
Prolifera)on ¡ 14% ¡ Apoptosis ¡ 19% ¡ Growth_arrest ¡ 61% ¡ Osc ¡Prolif-‑GA ¡ 6% ¡
TP53 ¡KO ¡(all ¡input ¡configura5ons) ¡
Prolifera)on ¡ 29% ¡ Apoptosis ¡ 50% ¡ Growth_arrest ¡ 21% ¡
FGFR3 ¡E1 ¡(all ¡input ¡configura5ons) ¡
Prolifera)on ¡ 29% ¡ Apoptosis ¡ 25% ¡ Growth_arrest ¡ 46% ¡
FGRF3 ¡E1 ¡& ¡TP53 ¡KO ¡(all ¡input ¡configura5ons) ¡
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