两基因模拟提出一种可能的分化机制—增强细胞间相互作用

发布时间：2017-05-27 15:01

  本文关键词：两基因模拟提出一种可能的分化机制—增强细胞间相互作用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多细胞组织的发育过程涉及到大量二位命运决定过程,该命运决定过程是由一个两基因构成的基因开关调控的。研究者经常利用著名的Waddington landscape隐喻来对其进行研究,从而加深我们对分化的理解。但是,先前的研究大都忽视了细胞与细胞之间的相互作用对该调控模块的影响。前人的研究已经显示细胞与细胞之间的相互作用,尤其是旁系抑制作用,在发育过程中起着非常重要的作用。我们通过在一般的one-stage模型中引进这种相互作用,并且利用随机的模型为这个两基因调控模块得到了存在多个吸引子的landscape。在所获得的吸引子中,有些可以被看作是干细胞,包括纯干细胞和具有特定发育倾向的干细胞(lineage priming state)。我们之所以这样认为是因为当细胞处在这些吸引子状态时,两个基因的表达状态相似且非常的低,而这与实际的干细胞中的表达状态是符合的。其他的吸引子可以被当作终端分化状态的吸引子,因为它们的表达状态都是只有一个基因高表达,而另外一个基因表达量几乎为零。当我们加强这种相互作用时,landscape上对应于纯干细胞的吸引子的深度变得越来越浅直至消失；对应lineage priming state的吸引子先是加深后变浅；而对应于终端分化状态的吸引子的深度在整个加强相互作用的过程中变得越来越深。由此,我们推断强化细胞之间相互作用是一种可能发育机制。这一推断也是与我们关于分化和逆分化对应的平均首次转移时间的模拟结果相符的。我们对分化和逆分化的路径模拟论述了发育系统的不可逆性。另外,我们的结果显示在细胞间相互作用较弱的时候,转分化需要先回到干细胞再重新分化到目标细胞型；而在细胞之间相互作用较强的时候,转分化也可以直接沿着坐标轴进行,不再需要先回到干细胞。我们进一步将我们的模型拓展到多细胞系统和非对称的交互作用情况。通过指数增加系统中的细胞数,我们发现细胞增殖只对分化的第一步有贡献,并且对于这种贡献存在一个最优的系统尺寸。此外,通过给不同的细胞设置不同的相互作用参数来模拟干细胞和分化细胞的混合系统,我们发现混合系统中的干细胞会更容易分化,而分化的细胞很容易进入死亡吸引域。我们的研究工作不仅为细胞分化的机制提供了新的思路,还为实验领域提供了可能的优化重编程策略。
【关键词】：分化 细胞间相互作用 landscape 干细胞 lineage priming状态
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R329.2
【目录】：

• 论文摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 引言11-14
• 第一节 发育过程介绍11
• 第二节 干细胞11-14
• 第二章 关于细胞的动力学系统研究14-29
• 第一节 基因调控网络14-15
• 第二节 基于调控网络的动力学模型15-19
• 第三节 发育LANDSCAPE19-22
• 第四节 两基因的调控网络22-26
• 第五节 现存模型的不足26-27
• 第六节 本文研究目的和结构27-29
• 第三章 模型29-36
• 第一节 系统29-30
• 第二节 生化反应30-33
• 第三节 参数设置33-34
• 第四节 系统的主方程34-35
• 第五节 构造LANDSCAPE35-36
• 第四章 结果36-45
• 第一节 两细胞系统的多吸引子LANDSCAPE36-37
• 第二节 增强细胞之间的相互作用是一种可能的发育机制37-40
• 第三节 吸引子之间的转移时间和转移路径40-42
• 第四节 细胞增殖的影响42-43
• 第五节 干细胞和分化的细胞的混合系统43-45
• 第五章 讨论45-50
• 第一节 结果讨论45-48
• 第二节 模型讨论48
• 第三节 不足48-49
• 第四节 展望49-50
• 附录50-52
• 附录A 化学主方程50-51
• 附录B 攻读学位期间发表的与学位论文相关的学术论文51-52
• 参考文献52-56
• 后记56

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