哺乳动物生物钟对细胞分裂的影响

【摘要】至今为止,细胞周期及生物钟是几乎所有生命体内存在着的最主要的两种有节律性的行为,并且人们已经认识到这两种周期性的行为可以通过多种途径耦合在一起。因为PER2是生物钟核心钟蛋白,实验表明PER2变异(PER2S662G)会导致肿瘤高发,因此本文的研究主要针对PER2对细胞分裂的牵引作用而展开的。其中很多生物实验数据来源于我们的合作者“南京大学模型动物研究中心模型动物疾病研究教育部重点实验室”,而我们主要提供候选基因的选择、模型的预测及建立等。生物钟振子一般有一个较鲁棒的周期,振幅变化比较大；而细胞周期则恰好相反,它的周期变化一般较大,而振幅要求比较鲁棒。这儿就产生了一个重要问题：当用生物钟来牵引细胞周期时,我们需要考虑如何才能避免或减弱上游生物钟较大的振幅变化对细胞周期的影响?为了理解这个问题。我们的做法如下：第一步：整合前辈们建立的数学模型,结合一定的生物实验数据,引进一个具体实例,即生物钟核心钟蛋白PER2对细胞周期核心启动基因CyclinE的牵引模型；第二步：在保持其调控结构和动力学特征的条件下,简化上述的模型,抽象出“三角形结构”,通过数值模拟探究它的优势所在,来解决上面的问题；第三步：引进随机干扰,试图通过概率的手段来预测钟蛋白PER2的变异(PER2S662)导致的后果；第四步：利用保留本质的简化模型及概率模型,从理论上初步探究过滤效应的作用及致癌概率的变化。本论文得出以下主要结果：①PER2变异可能会致使细胞由静态转变为震荡状态,这就会引起细胞本身不必要的分裂,可能引起致癌几率的增加；②本模型中提出的“三角形结构”可以有效地减弱上游生物钟较大的振幅变化对细胞周期的影响；③简化模型保留了过滤效应的特性,随后建立的概率模型表明PER2变异可能导致肿瘤发生几率的增加；④最后的理论分析再次印证了上述模拟结果的可信性。
【作者】段广猛；
【导师】杨凌；
【作者基本信息】苏州大学，系统生物学，2014，硕士
【关键词】生物钟；细胞周期；牵引；过滤效应；肿瘤发生；随机干扰；概率；

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