逝世亡跟分化的调控能够保障组织的整体生理功效到达部分最优

2014-04-21 11:10 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

清华大学雷锦誌等在《美国科学院院刊》发表论文

提出成体干细胞再生调控的数学建模新观点

　　2) 亮点先容:

供稿：周培源运用数学研究核心编纂：襄桦

　　清华消息网3月12日电清华大学周培源应用数学研究中央雷锦誌副研究员日前在《美国科学院院刊》（PNAS 2014 111(10) E880-E887）在线发表论文。该论文标题为《成体干细胞再生的基因与表观遗传调控交叉作用的数学模型》（Mathematical model of adult stem cell regeneration with cross-talk between genetic and epigenetic regulation）。该文提出成体干细胞再生调控中细胞行为遵从组织生理功能最优的观点，并且根据该假设建破了基于随灵活态计划的关于干细胞再生调控的数学模型。该论文被PNAS以亮点文章介绍（PNAS 2014 111(10) 3647-3648）。

　　文章链接:

　　成体干细胞存在于人体内各种可以自我更新的组织器官中, 通过自我增生, 死亡和分化维持组织的畸形生理功能。这一自我更新过程随同组织器官的性命过程持重地运行并且在面临随机烦扰甚至病理伤害后存在良好的鲁棒性,，然而其调控机制还不明白。以往对干细胞增殖与分化调控问题的数学模型重要集中在细胞群体能源学的变更，细胞谱系动力学和细胞增殖与分化的基因调控网络的数学建模。但是对细胞数量与调控关系和组织的生理功能的接洽不说明，特殊是对在进化的过程中根据对组织生理功能的取舍对细胞行动的调控的关系缺少定量模型的描写。

　　雷锦誌为该论文的第一作者。另外两名配合者分辨来自普林斯顿大学生态与发育生物学系的美国科学院院士Simon A. Levin教授、美国加州大学尔湾分校数学系的Qing Nie传授, Simon A. Levin 教授为论文通信作者。

　　这篇论文提出组织干细胞在自我更新跟分化调控中不仅仅要保持细胞数目的稳固，还要保障组织中不同干细胞类型（表观遗传态）所占比例（即表观遗传态的散布）的恒定。此外，作者提出部分最优假设，即假设经由进化过程的抉择所构成的机体调控机制使得对细胞的决裂，逝世亡和分化的调控能够保证组织的整体生理功效到达局部最优。依据这一观点所树立的数学模型体现了干细胞再生调控中基因型与表观遗传型调控之间的穿插耦合,清华大学研修班，体现了生物进程中局部与整体、短期与长期目的之间的彼此关系。通过对模型的盘算表明这种局部调控关联与整体生理功能的耦合可以大大增添干细胞组织生理功能应答随机扰动和生理病变的鲁棒性。

　　该研究论文的主要成果是提出了对于干细胞增殖与分化调控策略的实践框架和数学模型。这一理论框架为研讨详细类型的干细胞增殖与分化调控提出的新的研究思路。论文审稿人美国加州大学Santa Cruz分校的 Marc Mangel教学高度评估了该论文的工作, 以为这一工作为利用数学家提出了新的生物体系的建模方向, 并可能为生物学家对群体动力学和干细胞的研究开翻新的研究思路。

　　1) 注释:

　　本研究中清华大学的工作得到国度天然迷信基金的赞助。

图为干细胞再生与分化的调控中基因型与表观遗传型调控的互相作用维持干细胞组织功能的鲁棒性。