本文關(guān)鍵詞：生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與動力學(xué)行為研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在生物體內(nèi),周期與節(jié)律現(xiàn)象非常普遍,在分子水平或細(xì)胞水平上研究這些現(xiàn)象的動力學(xué)機(jī)制,有助于探索生物系統(tǒng)的作用機(jī)制。細(xì)胞周期的失調(diào)會引起腫瘤發(fā)生,而細(xì)胞周期中的重要調(diào)控基因p53是一個極為重要的腫瘤抑制因子,在DNA受損時會激活下游的細(xì)胞修復(fù)或凋亡通路。針對p53翻譯后修飾網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為研究,可以幫助理解該基因的功能作用。生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜動力學(xué)行為如自適應(yīng)性、敏感性以及周期解的卷吸等,對于理解生物系統(tǒng)的作用機(jī)理有著重要意義。本論文以具有生物功能背景的問題為出發(fā)點(diǎn),在系統(tǒng)生物學(xué)思想指導(dǎo)下,通過構(gòu)造生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò),運(yùn)用動力學(xué)模型分析了晝夜節(jié)律和p53調(diào)控等相關(guān)問題,并進(jìn)一步分析了系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處的敏感性與自適應(yīng)性以及周期解的卷吸行為。本文工作主要集中在如下三個部分:(1)晝夜節(jié)律調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的涌現(xiàn)行為與時差調(diào)整哺乳動物的晝夜節(jié)律主要由位于下丘腦處的視交叉上核(SCN)控制。SCN的腹外側(cè)與背內(nèi)側(cè)神經(jīng)元在結(jié)構(gòu)上分別具有緊密和稀疏的特點(diǎn),在功能上分別具有感光與不感光的能力,根據(jù)這些差異我們將SCN分為兩部分,構(gòu)建了晝夜節(jié)律調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其對應(yīng)的一個新修正的Kuramoto模型,從相位同步的角度解釋了晝夜節(jié)律是SCN神經(jīng)元所涌現(xiàn)出的整體性行為。結(jié)果表明,相位序參數(shù)與連接概率、耦合強(qiáng)度以及外界光照強(qiáng)度是正相關(guān)的,而與子網(wǎng)絡(luò)的平均度是負(fù)相關(guān)的。然后,我們運(yùn)用類似的相位模型討論了時差現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)調(diào)整時差需要的時間主要依賴于時差大小和SCN的結(jié)構(gòu),研究還表明外界日光強(qiáng)度影響不顯著,這為人們調(diào)整時差提供了新思路。(2)p53翻譯后修飾網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為在正常人體中,p53的表達(dá)量是比較低的,而在細(xì)胞受到損傷時表達(dá)量上升,進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞修復(fù)或細(xì)胞凋亡通路。實(shí)驗(yàn)表明,P53蛋白的功能與泛素化、磷酸化、乙酰化等翻譯后修飾密切相關(guān)。我們根據(jù)翻譯后修飾方式,構(gòu)建了細(xì)胞在兩種損傷下的p53基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),并建立了相應(yīng)的微分方程模型。結(jié)果表明,在細(xì)胞受到輕微損傷時,P53主要被磷酸化并呈現(xiàn)振蕩行為而激活細(xì)胞修復(fù)通路;在細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷時,P53被磷酸化啟動細(xì)胞修復(fù)通路的同時被乙酰化,并呈現(xiàn)累積現(xiàn)象,超過一定閾值時啟動細(xì)胞凋亡通路。(3)生物調(diào)控系統(tǒng)在平衡點(diǎn)與周期軌處的動力學(xué)行為為了探索生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的動力學(xué)行為,我們首先給出了一般吸引子的敏感性與自適應(yīng)性的數(shù)學(xué)描述,分析了系統(tǒng)在穩(wěn)定平衡點(diǎn)處的這兩個特征,并運(yùn)用大腸桿菌中經(jīng)典的抑制子模型說明改變輸入可提高系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處的自適應(yīng)性,還提出了一種切實(shí)提高系統(tǒng)敏感性與自適應(yīng)性的控制方法。另外,有的生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)不具有很好的自適應(yīng)性,但在一定條件下其輸出可具有與輸入同質(zhì)的動力學(xué)特征。通過對一個簡單的p53模型的分析,我們發(fā)現(xiàn),一個無限收縮系統(tǒng)在恒定輸入與周期性輸入的兩種情形下,系統(tǒng)的輸出都能夠卷吸到系統(tǒng)的輸入。
【關(guān)鍵詞】：晝夜節(jié)律 p53調(diào)控 吸引子的敏感性與自適應(yīng)性 相位同步
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q811.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-42
• 1.1 復(fù)雜系統(tǒng)12-21
• 1.1.1 復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識12-13
• 1.1.2 復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)性與敏感性13-16
• 1.1.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)16-18
• 1.1.4 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的Kuramoto模型18-21
• 1.2 系統(tǒng)生物學(xué)21-39
• 1.2.1 系統(tǒng)生物學(xué)簡介21-24
• 1.2.1.1 系統(tǒng)生物學(xué)的研究內(nèi)容22-23
• 1.2.1.2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法23-24
• 1.2.2 生物網(wǎng)絡(luò)24-34
• 1.2.2.1 生物網(wǎng)絡(luò)的特性25-27
• 1.2.2.2 晝夜節(jié)律及其網(wǎng)絡(luò)27-29
• 1.2.2.3 p53 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)29-34
• 1.2.3 生物分子反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型34-39
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容39-42
• 第二章 基于SCN區(qū)域差異的晝夜節(jié)律與時差調(diào)整42-60
• 2.1 用相位同步討論哺乳動物的晝夜節(jié)律42-50
• 2.1.1 問題背景42-44
• 2.1.2 SCN網(wǎng)絡(luò)上一個新的Kuramoto模型44-46
• 2.1.3 SCN振子的相位分析46-50
• 2.1.4 結(jié)論與討論50
• 2.2 基于SCN區(qū)域異質(zhì)性的時差調(diào)整50-60
• 2.2.1 問題背景51-52
• 2.2.2 SCN網(wǎng)絡(luò)上的時差模型52-53
• 2.2.3 時差的參數(shù)分析53-57
• 2.2.4 結(jié)論與討論57-60
• 第三章 P53 的翻譯后修飾中的行為分析60-78
• 3.1 問題背景60-66
• 3.2 模型與方法66-69
• 3.2.1 一個簡化的p53 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)66-67
• 3.2.2 p53 動力學(xué)模型67-69
• 3.3 結(jié)果與分析69-76
• 3.3.1 DSBs不變情形下p53 的動力學(xué)69-71
• 3.3.2 DSBs修復(fù)情形下p53 的動力學(xué)71-75
• 3.3.3 UV照射下p53 的動力學(xué)75-76
• 3.4 結(jié)論與討論76-78
• 第四章 簡單生物模型的適應(yīng)性和敏感性分析78-96
• 4.1 動力系統(tǒng)的敏感性與自適應(yīng)性78-86
• 4.1.1 問題背景78-79
• 4.1.2 一般吸引子的敏感性與自適應(yīng)性79-81
• 4.1.3 一個簡單生物實(shí)例分析81-85
• 4.1.4 結(jié)論85-86
• 4.2 一個生物模型的卷吸行為86-96
• 4.2.1 問題背景86
• 4.2.2 基礎(chǔ)知識86-88
• 4.2.3 一個p53 模型的周期行為的卷吸88-91
• 4.2.4 數(shù)值模擬91-93
• 4.2.5 結(jié)論與討論93-96
• 第五章 結(jié)論與展望96-98
• 5.1 全文總結(jié)96-97
• 5.2 展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-108
• 作者在攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文108-110
• 致謝110

  本文關(guān)鍵詞：生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與動力學(xué)行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：295130