BACKGROUND Current technologies for understanding the transcriptional reprogramming in cells include the transcription factor (TF) chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments and the TF knockout experiments. The ChIP experiments show the binding targets of TFs against which the antibody directs while the knockout techniques find the regulatory gene targets of the knocked-out TFs. However, it was shown that these two complementary results contain few common targets. Researchers have used the concept of TF functional redundancy to explain the low overlap between these two techniques. But the detailed molecular mechanisms behind TF functional redundancy remain unknown. Without knowing the possible molecular mechanisms, it is hard for biologists to fully unravel the cause of TF functional redundancy. RESULTS To mine out the molecular mechanisms, a novel algorithm to extract TF regulatory modules that help explain the observed TF functional redundancy effect was devised and proposed in this research. The method first searched for candidate TF sets from the TF binding data. Then based on these candidate sets the method utilized the modified Steiner Tree construction algorithm to construct the possible TF regulatory modules from protein-protein interaction data and finally filtered out the noise-induced results by using confidence tests. The mined-out regulatory modules were shown to correlate to the concept of functional redundancy and provided testable hypotheses of the molecular mechanisms behind functional redundancy. And the biological significance of the mined-out results was demonstrated in three different biological aspects: ontology enrichment, protein interaction prevalence and expression coherence. About 23.5% of the mined-out TF regulatory modules were literature-verified. Finally, the biological applicability of the proposed method was shown in one detailed example of a verified TF regulatory module for pheromone response and filamentous growth in yeast. CONCLUSION In this research, a novel method that mined out the potential TF regulatory modules which elucidate the functional redundancy observed among TFs is proposed. The extracted TF regulatory modules not only correlate the molecular mechanisms to the observed functional redundancy among TFs, but also show biological significance in inferring TF functional binding target genes. The results provide testable hypotheses for biologists to further design subsequent research and experiments.

中文翻译：

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转录因子调节模块提供了酵母转录因子中观察到的功能冗余的分子机制。

背景技术用于理解细胞中的转录重编程的当前技术包括转录因子（TF）染色质免疫沉淀（ChIP）实验和TF敲除实验。ChIP实验显示了抗体所针对的TF的结合靶标，而敲除技术发现了被敲除的TF的调控基因靶标。然而，事实表明，这两个互补的结果几乎没有共同的目标。研究人员已经使用TF功能冗余的概念来解释这两种技术之间的低重叠。但是，TF功能冗余背后的详细分子机制仍然未知。在不知道可能的分子机制的情况下，生物学家很难完全阐明TF功能冗余的原因。结果要挖掘分子机制，本研究设计并提出了一种新的提取TF调节模块的算法，该算法有助于解释观察到的TF功能冗余效应。该方法首先从TF绑定数据中搜索候选TF集。然后基于这些候选集，该方法利用改进的Steiner Tree构建算法从蛋白质-蛋白质相互作用数据构建可能的TF调节模块，最后通过置信度测试滤除噪声诱发的结果。挖掘出来的调节模块显示出与功能冗余的概念相关，并提供了功能冗余背后的分子机制的可检验假说。并从三个不同的生物学方面证明了挖掘结果的生物学意义：本体富集，蛋白质相互作用的普遍性和表达的连贯性。大约23.5％的已开采TF监管模块已通过文献验证。最后，在一个详细的实例中显示了所提出方法的生物学适用性，该实例用于酵母中信息素反应和丝状生长的经过验证的TF调节模块。结论在这项研究中，提出了一种新的方法，该方法挖掘出了潜在的TF调节模块，从而阐明了TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与TF之间观察到的功能冗余相关联，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。挖出的TF调节模块中有5％已通过文献验证。最后，在一个详细的实例中显示了所提出方法的生物学适用性，该实例用于酵母中信息素反应和丝状生长的经过验证的TF调节模块。结论在这项研究中，提出了一种新的方法，该方法挖掘出了潜在的TF调节模块，从而阐明了TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与TF之间观察到的功能冗余相关联，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。挖出的TF调节模块中有5％已通过文献验证。最后，在一个详细的例子中显示了所提出方法的生物学适用性，该例子用于酵母中信息素反应和丝状生长的经验证的TF调节模块。结论在这项研究中，提出了一种新的方法，该方法挖掘出了潜在的TF调节模块，从而阐明了TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与所观察到的TF之间的功能冗余相关，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。在验证的TF调节模块用于信息素反应和酵母中丝状生长的一个详细实例中显示了所提出方法的生物学适用性。结论在这项研究中，提出了一种新的方法，该方法挖掘出了潜在的TF调节模块，从而阐明了TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与TF之间观察到的功能冗余相关联，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。在验证的TF调节模块用于信息素反应和酵母中丝状生长的一个详细实例中显示了所提出方法的生物学适用性。结论在这项研究中，提出了一种新的方法，该方法挖掘出了潜在的TF调节模块，从而阐明了TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与所观察到的TF之间的功能冗余相关，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。提出了一种新的方法，该方法可以挖掘出潜在的TF调节模块，从而阐明在TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与TF之间观察到的功能冗余相关联，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。提出了一种新的方法，该方法可以挖掘出潜在的TF调节模块，从而阐明在TF之间观察到的功能冗余。提取的TF调节模块不仅将分子机制与TF之间观察到的功能冗余相关联，而且在推断TF功能结合靶基因方面显示出生物学意义。结果为生物学家提供了可检验的假设，以进一步设计后续的研究和实验。