Morphogenesis of Drosophila early development: calibration of the distribution of pair-rule proteins

A Drosophila melanogaster é essencial para compreender a macroevolução ao nível molecular. O objectivo desta tese é a construção de um modelo matemático que descreva a expressão de dois genes pair-rule, eve e ftz, fundamentais na formação de segmentos na fase embriónica da Drosophila. Começamos por derivar um sistema base que define os mecanismos necessários no controlo da transcrição de um gene: produção livre de uma proteína, ativação e repressão.

Considerando um argumento puramente termodinâmico, a lei de massa-acção, propomos uma definição da região segmentada pelas proteínas terminais Tll e Hkb e uma regulação individual de riscas do padrão do Eve com cinco promotores essenciais. O modelo de cada promotor é testado contra os dados experimentais, e optimizado com recurso a um algoritmo de Monte Carlo. Considerando uma transcrição heterogénea do mRNA ao longo do embrião, calibramos espacialmente a taxa de produção de Eve.

A mesma estratégia cinética foi utilizada na identificação de três promotores, e respectivos reguladores, do ftz. Alcançamos com sucesso a calibração dos padrões do Eve e Ftz, revelando como as duas proteínas se podem desenvolver de forma totalmente independente, com uma “leitura” diferenciada dos mesmos conjuntos de fatores gap repressivos. Exploramos ainda um conceito alternativo de repressão direta entre o Eve e o Ftz, mostrando como este é suficiente para explicar a formação do padrão perfeitamente complementar do Ftz. Por fim, provamos que a regulação dos genes segment-polarity é bem descrita por um modelo cinético de massa-acção.