文档介绍：会议报告
在哺乳动物细胞生物学的数学模型
Hanspeter Herzel*和尼尔斯Blüthgen
系统生物学已被定义在许多方面,强调跨学科研究的各个方面。最近在德雷斯顿召开的有关哺乳动物细胞研讨会上它已被看作是充斥着成像共生和数据分析以及数学建模等高、中端技术的领域。在这里,我们侧重于选定应用于哺乳动物细胞生物学中的数学建模,一个充满挑战但又前景广阔的系统生物学分支。
生物钟之数学模型
一个数学模型的应用是分析哺乳动物生物钟的运作。在视交叉上核(SCN)约20,000的神经元同步控制生理、生活节奏和代谢行为。此外,几乎所有的外围组织哺乳动物细胞株,甚至细胞。其内源性mRNA和蛋白拥有振荡约24小时的丰富的节奏细胞内反馈回路驱动时钟基因如Per1 - 2,Cry1 - 2,时钟和中BMAL1。翻译时钟蛋白磷酸化促进了负反馈的延迟,从而成为昼夜节律动力学的关键。我们的一个报告说,在阿奇姆Kramer实验经验和数学建模的结合下我们更深入的了解了分子机制底层人的生物钟的行为。第一个例子中报道了人类行为混乱的分子层面解释,这种混乱行为被称为障碍睡眠期综合症(FASPS),它导致了4个小时的睡眠进展和清醒,可以归结为一个
昼夜Per2基因点的突变。这种突变导致磷酸化蛋白质的PER2缺陷,改变它在一个FASPS细胞培养模型的稳定性和亚细胞定位。这种细胞培养模型通过展示先进的节奏前进时钟基因的表达很好地概括了4个小时的人类行为。然而其他的PER2磷酸,有部分是相反的效果。数学建模综合这些实验数据,并提出了动力学模型的建立PER2磷酸化的不同作用网站的昼夜动态。在第二个例子,人的皮肤成纤维细胞(极端chronotypes即是'夜猫子'或早上的百灵鸟')都被用来描述内在这些细胞的生理特性。虽然很大一部分研究对象之间的行为良好的相关性阶段(即'morningness'或'eveningness'由评估问卷)和节奏周期的时钟基因在皮肤成纤维细胞(由活细胞成像检测使用luciferasebased记者)可以发现,有些人有在细胞的正常生理周期,但显示极端行为的阶段。计算机模型在这儿帮助要解释这表明这些表型振幅和输入灵敏度的细胞振荡器应实验研究。量化凋亡和信号转导通路另一个令人印象深刻的例子数学建模和定量实验去手牵手是分析的凋亡途径。海因里希胡贝尔(英国皇家外科医师,都柏林,爱尔兰大学)报告在监测细胞凋亡过程中细胞色素c的释放决议秒,利用共聚焦和FRET为基础成像技术。在这样的线粒体发生在个别HeLa细胞外膜通透性进行了监测。这种成像方法的结合数学建模让两个鉴定单独的动能阶段:'点火阶段,在此期间,一个会议的重点是开放讲座道格拉斯Lauffenburger(麻省理工学院科技,剑桥,美国)。他询问信息关于外线索的编码是细胞内信令网,并导致特定的细胞反应- 在
这种情况下,细胞凋亡。他的研究小组用不同的细胞刺激肿瘤坏死因子α,胰岛素水平,与表皮生长因子(EGF),磷含量与实测分布在五个激酶途径以及四个凋亡输出。这表明,令人印象深刻的数据集响应不是一个单一的编码途径,但该信息是分布在信令网。它还启用了不同的建模策略的比较, 包括主成分分析(PCA),模糊逻辑, 和微分方程。这些组合方法导致一些有趣的见解的时间相关角色在NF -κB通路中的蛋白激酶激酶诱导凋亡反应和相声