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部分最優(yōu)

2014-04-21 11:10 來源：http://m.sustainablelifeonearth.com/ 閱讀：次

清華大學(xué)雷錦誌等在《美國科學(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

　　2) 亮點先容:

供稿：周培源運用數(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，并且根據(jù)該假設(shè)建破了基于隨靈活態(tài)計劃的關(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。這一自我更新過程隨同組織器官的性命過程持重地運行并且在面臨隨機煩擾甚至病理傷害后存在良好的魯棒性,，然而其調(diào)控機制還不明白。以往對干細(xì)胞增殖與分化調(diào)控問題的數(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明，特殊是對在進化的過程中根據(jù)對組織生理功能的取舍對細(xì)胞行動的調(diào)控的關(guān)系缺少定量模型的描寫。

　　雷錦誌為該論文的第一作者。另外兩名配合者分辨來自普林斯頓大學(xué)生態(tài)與發(fā)育生物學(xué)系的美國科學(xué)院院士Simon A. Levin教授、美國加州大學(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)由進化過程的抉擇所構(gòu)成的機體調(diào)控機制使得對細(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局部最優(yōu)。依據(jù)這一觀點所樹立的數(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)了生物進程中局部與整體、短期與長期目的之間的彼此關(guān)系。通過對模型的盤算表明這種局部調(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)答隨機擾動和生理病變的魯棒性。

　　該研究論文的主要成果是提出了對于干細(xì)胞增殖與分化調(diào)控策略的實踐框架和數(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。論文審稿人美國加州大學(xué)Santa Cruz分校的 Marc Mangel教學(xué)高度評估了該論文的工作, 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)家對群體動力學(xué)和干細(xì)胞的研究開翻新的研究思路。

　　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。