逝世亡跟分化的調(diào)控能夠保障組織的整體生理功效到達(dá)部分最優(yōu)

2014-04-21 11:10 來(lái)源：http://www.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

清華大學(xué)雷錦誌等在《美國(guó)科學(xué)院院刊》發(fā)表論文

提出成體干細(xì)胞再生調(diào)控的數(shù)學(xué)建模新觀點(diǎn)

　　2) 亮點(diǎn)先容:

供稿：周培源運(yùn)用數(shù)學(xué)研究核心編纂：襄樺

　　清華消息網(wǎng)3月12日電清華大學(xué)周培源應(yīng)用數(shù)學(xué)研究中央雷錦誌副研究員日前在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS 2014 111(10) E880-E887）在線發(fā)表論文。該論文標(biāo)題為《成體干細(xì)胞再生的基因與表觀遺傳調(diào)控交叉作用的數(shù)學(xué)模型》（Mathematical model of adult stem cell regeneration with cross-talk between genetic and epigenetic regulation）。該文提出成體干細(xì)胞再生調(diào)控中細(xì)胞行為遵從組織生理功能最優(yōu)的觀點(diǎn)，并且根據(jù)該假設(shè)建破了基于隨靈活態(tài)計(jì)劃的關(guān)于干細(xì)胞再生調(diào)控的數(shù)學(xué)模型。該論文被PNAS以亮點(diǎn)文章介紹（PNAS 2014 111(10) 3647-3648）。

　　文章鏈接:

　　成體干細(xì)胞存在于人體內(nèi)各種可以自我更新的組織器官中, 通過(guò)自我增生, 死亡和分化維持組織的畸形生理功能。這一自我更新過(guò)程隨同組織器官的性命過(guò)程持重地運(yùn)行并且在面臨隨機(jī)煩擾甚至病理傷害后存在良好的魯棒性,，然而其調(diào)控機(jī)制還不明白。以往對(duì)干細(xì)胞增殖與分化調(diào)控問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型重要集中在細(xì)胞群體能源學(xué)的變更，細(xì)胞譜系動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞增殖與分化的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)建模。但是對(duì)細(xì)胞數(shù)量與調(diào)控關(guān)系和組織的生理功能的接洽不說(shuō)明，特殊是對(duì)在進(jìn)化的過(guò)程中根據(jù)對(duì)組織生理功能的取舍對(duì)細(xì)胞行動(dòng)的調(diào)控的關(guān)系缺少定量模型的描寫(xiě)。

　　雷錦誌為該論文的第一作者。另外兩名配合者分辨來(lái)自普林斯頓大學(xué)生態(tài)與發(fā)育生物學(xué)系的美國(guó)科學(xué)院院士Simon A. Levin教授、美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校數(shù)學(xué)系的Qing Nie傳授, Simon A. Levin 教授為論文通信作者。

　　這篇論文提出組織干細(xì)胞在自我更新跟分化調(diào)控中不僅僅要保持細(xì)胞數(shù)目的穩(wěn)固，還要保障組織中不同干細(xì)胞類型（表觀遺傳態(tài)）所占比例（即表觀遺傳態(tài)的散布）的恒定。此外，作者提出部分最優(yōu)假設(shè)，即假設(shè)經(jīng)由進(jìn)化過(guò)程的抉擇所構(gòu)成的機(jī)體調(diào)控機(jī)制使得對(duì)細(xì)胞的決裂，逝世亡和分化的調(diào)控能夠保證組織的整體生理功效到達(dá)局部最優(yōu)。依據(jù)這一觀點(diǎn)所樹(shù)立的數(shù)學(xué)模型體現(xiàn)了干細(xì)胞再生調(diào)控中基因型與表觀遺傳型調(diào)控之間的穿插耦合,清華大學(xué)研修班，體現(xiàn)了生物進(jìn)程中局部與整體、短期與長(zhǎng)期目的之間的彼此關(guān)系。通過(guò)對(duì)模型的盤(pán)算表明這種局部調(diào)控關(guān)聯(lián)與整體生理功能的耦合可以大大增添干細(xì)胞組織生理功能應(yīng)答隨機(jī)擾動(dòng)和生理病變的魯棒性。

　　該研究論文的主要成果是提出了對(duì)于干細(xì)胞增殖與分化調(diào)控策略的實(shí)踐框架和數(shù)學(xué)模型。這一理論框架為研討詳細(xì)類型的干細(xì)胞增殖與分化調(diào)控提出的新的研究思路。論文審稿人美國(guó)加州大學(xué)Santa Cruz分校的 Marc Mangel教學(xué)高度評(píng)估了該論文的工作, 以為這一工作為利用數(shù)學(xué)家提出了新的生物體系的建模方向, 并可能為生物學(xué)家對(duì)群體動(dòng)力學(xué)和干細(xì)胞的研究開(kāi)翻新的研究思路。

　　1) 注釋:

　　本研究中清華大學(xué)的工作得到國(guó)度天然迷信基金的贊助。

圖為干細(xì)胞再生與分化的調(diào)控中基因型與表觀遺傳型調(diào)控的互相作用維持干細(xì)胞組織功能的魯棒性。