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手机自组织网络的同步化和骨质疏松基因调控网络的建模研究

发布时间:2018-03-16 12:50

  本文选题:相同步 切入点:手机自组织网络 出处:《华东师范大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:最近十几年以来,复杂网络的研究迅速发展,其研究范围涵盖了物理学、生物学、医学、工程、社会学、以及经济学等多个传统领域,形成了一门新兴的交叉学科,具有重要的理论和应用价值。本文着重研究了与复杂网络相关的两个问题,即Ad-hoc网络上的相同步、以及骨质疏松基因调控网络的建模。1、Ad-hoc网络上的相同步。我们在一个拓扑结构随着时间改变的手机自组织网络上研究了相振子同步过程。随着节点的增多或者信号覆盖半径的增大,该网络通过一个二级的渗流相变形成连通网。在动力学方面,由于网络节点的流动性增强了网络的信息交流,从而使得振子动力学更容易同步。特别地,我们在这种网络上发现了一种折返跑相同步现象。在同步时,振子的瞬时频率在正负之间波动,导致振子在相空间内的一个较窄的范围内折返跑。我们通过理论解释了这种折返跑相同步的机制,并对系统相变点做出了严格的求解。我们还研究了Ad-hoc网络上的爆发式同步现象,发现频率权重模型和自适应耦合模型都能表现出爆发式同步现象。这些发现有助于加深我们对于时变网络同步化的理解。2、骨质疏松基因调控网络的建模。骨质疏松是一个和年龄相关的疾病,它的分子水平上的机制尚未解释清楚。尽管研究证实炎性因子和骨质疏松相关,但是它们之间不是简单的因果关系。我们证实在分子水平上,荷尔蒙相关的通路和一个复杂的调控网络相关,包括雌激素信号通路,维甲酸信号通路,糖皮质激素信号通路,维生素D信号通路,过氧化物酶体增殖物活化受体信号通路。这样,雌激素作用在这个基因调控网上,使其固有的稳态发生了改变,从而影响骨质疏松的形成。这个网络的结构表明,以某些方式中断网络的单一或多个组件可能导致骨质疏松症表型。我们设计了三组生物学实验:卵巢切除小鼠、假手术小组、以及葡萄糖酸锶治疗小鼠,测量了它们成骨细胞的透射电镜图和基因芯片,实验结果验证了我们的假设。透射电镜图证实三种情况下,细胞处于不同的形态。因此成骨细胞的功能异常是骨质疏松的重要原因。基因芯片结果显示,糖皮质激素和维生素D的下游基因发生了差异表达,证实了以上信号存在着交互作用。我们构建了一个包含八个节点的基因调控网,通过网络的动力学分析计算,我们发现成骨细胞的正常态和骨质疏松态的基因表型都包含在该网络的稳态中。这些结果表明,我们构建的网络可能是调控骨质疏松的一个核心网络。这一工作有助于我们正确理解骨质疏松的成因,并能为相关的治疗提供思路。
[Abstract]:In the last decade or so, the research of complex networks has developed rapidly, covering many traditional fields such as physics, biology, medicine, engineering, sociology and economics. This paper focuses on two problems related to complex networks, that is, phase synchronization on Ad-hoc networks. And the modeling of osteoporosis gene regulation network. Phase synchronization in Ad-hoc network. We have studied the phase oscillator synchronization process in a mobile phone Ad hoc network with topology changing over time. With the increase of nodes or signals, we have studied the phase oscillator synchronization process. The increase in the coverage radius, The network forms a connected network through a two-stage seepage phase transformation. In dynamics, the flow of network nodes enhances the communication of network information, which makes the vibrator dynamics more synchronous. In this network, we have found a reverse phase synchronization phenomenon in which the instantaneous frequency of the oscillator fluctuates between positive and negative. We explain theoretically the mechanism of phase synchronization for the oscillator in a narrow range in the phase space. The phase change point of the system is solved strictly. We also study the explosive synchronization on Ad-hoc network. It is found that both the frequency weight model and the adaptive coupling model can exhibit explosive synchronization. These findings are helpful to deepen our understanding of the synchronization of time-varying networks and the modeling of osteoporosis gene regulatory networks. Pine is an age-related disease, Its molecular mechanisms have not yet been explained. Although studies have shown that inflammatory factors are associated with osteoporosis, they are not simply causal. We confirm that at the molecular level, Hormone related pathways are associated with a complex regulatory network, including estrogen signaling pathways, retinoic acid signaling pathways, glucocorticoid signaling pathways, vitamin D signaling pathways, The peroxisome proliferator activates the receptor signaling pathway. In this way, estrogen acts on the gene regulatory network, altering its inherent homeostasis, which affects the formation of osteoporosis. One or more components that interrupt the network in some ways may lead to osteoporosis phenotypes. We designed three biological experiments: ovariectomized mice, sham-operated groups, and strontium gluconate treated mice. The transmission electron microscopy (TEM) and the gene chip of their osteoblasts were measured, and the experimental results confirmed our hypothesis. The abnormal function of osteoblasts is an important cause of osteoporosis. Gene microarray results show that the downstream genes of glucocorticoid and vitamin D are differentially expressed. It is proved that there is interaction between the above signals. We have constructed an eight-node gene regulatory network, which is calculated by the dynamics analysis of the network. We found that the gene phenotypes of osteoblasts in both normal and osteoporotic states are included in the steady-state of the network. Our network may be a core network for the regulation of osteoporosis. This work can help us to understand the causes of osteoporosis correctly and provide ideas for the treatment of osteoporosis.
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:R580;TN929.5

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本文编号:1619991

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