逝世亡跟分化的調控能夠保障組織的整體生理功效到達部分最優

2014-04-21 11:10 來源：http://www.vipreactor.cn/ 閱讀：次

清華大學雷錦誌等在《美國科學院院刊》發表論文

提出成體干細胞再生調控的數學建模新觀點

　　2) 亮點先容:

供稿：周培源運用數學研究核心編纂：襄樺

　　清華消息網3月12日電清華大學周培源應用數學研究中央雷錦誌副研究員日前在《美國科學院院刊》（PNAS 2014 111(10) E880-E887）在線發表論文。該論文標題為《成體干細胞再生的基因與表觀遺傳調控交叉作用的數學模型》（Mathematical model of adult stem cell regeneration with cross-talk between genetic and epigenetic regulation）。該文提出成體干細胞再生調控中細胞行為遵從組織生理功能最優的觀點，并且根據該假設建破了基于隨靈活態計劃的關于干細胞再生調控的數學模型。該論文被PNAS以亮點文章介紹（PNAS 2014 111(10) 3647-3648）。

　　文章鏈接:

　　成體干細胞存在于人體內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,，然而其調控機制還不明白。以往對干細胞增殖與分化調控問題的數學模型重要集中在細胞群體能源學的變更，細胞譜系動力學和細胞增殖與分化的基因調控網絡的數學建模。但是對細胞數量與調控關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對組織生理功能的取舍對細胞行動的調控的關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生態與發育生物學系的美國科學院院士Simon A. Levin教授、美國加州大學爾灣分校數學系的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胞在自我更新跟分化調控中不僅僅要保持細胞數目的穩固，還要保障組織中不同干細胞類型（表觀遺傳態）所占比例（即表觀遺傳態的散布）的恒定。此外，作者提出部分最優假設，即假設經由進化過程的抉擇所構成的機體調控機制使得對細胞的決裂，逝世亡和分化的調控能夠保證組織的整體生理功效到達局部最優。依據這一觀點所樹立的數學模型體現了干細胞再生調控中基因型與表觀遺傳型調控之間的穿插耦合,清華大學研修班，體現了生物進程中局部與整體、短期與長期目的之間的彼此關系。通過對模型的盤算表明這種局部調控關聯與整體生理功能的耦合可以大大增添干細胞組織生理功能應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胞增殖與分化調控策略的實踐框架和數學模型。這一理論框架為研討詳細類型的干細胞增殖與分化調控提出的新的研究思路。論文審稿人美國加州大學Santa Cruz分校的 Marc Mangel教學高度評估了該論文的工作, 以為這一工作為利用數學家提出了新的生物體系的建模方向, 并可能為生物學家對群體動力學和干細胞的研究開翻新的研究思路。

　　1) 注釋:

　　本研究中清華大學的工作得到國度天然迷信基金的贊助。

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