冯世亮
- 作品数：7 被引量：5H指数：2
- 供职机构：上海大学理学院应用数学和力学研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金上海市教育委员会重点学科基金更多>>
- 相关领域：生物学医药卫生更多>>
- 运动细胞自适应性过程中双相性现象的分子机制及动态数值模拟被引量：1
- 2012年
- 盘基网柄菌细胞(Dictyostelium)和白细胞(leukocyte)等真核运动细胞受到外界信号刺激时,在最初的1～2 min内,胞内信号转导的首要成员PI(3,4,5)P3的浓度随时间变化呈现"双相性"(biphasic adaptation),即先后出现一大一小两个峰值,然后平息。为解释这一现象,特别是第二个峰值产生的原因,根据已有实验资料,分析了有关分子机制,建立了相应的数学模型。其中,PI(3,4,5)P3及其激活酶和抑制酶的浓度变化由一组耦合的非稳态反应-扩散方程描述,外界刺激及效应因子(如Rac和Scar/WAVE)的相互激励包含在源项中,并由蒙特-卡诺(Monte-Carlo)法处理,数值模拟结果与已有实验一致。研究发现,质膜上处于激活态的效应因子Scar/WAVE是影响PI(3,4,5)P3第二个峰值的关键,起正反馈作用。在受到胞外信号刺激后的前期,Scar/WAVE的激活态浓度受到小G蛋白Rac活性的抑制,后期反过来受到PI(3,4,5)P3的抑制,从而始终处于较低水平,这使得第二个峰值较小;当Scar/WAVE的总浓度低于0.005μmol/L后,PI(3,4,5)P3不会出现第二个峰值。由于Scar/WAVE是肌动蛋白结合蛋白,可以推测:许多经肌动蛋白合成抑制剂处理过的盘基网柄菌细胞在实验中仍然出现"双相性",应与此时的细胞骨架活性未被完全抑制有关。
- 冯世亮朱卫平
- 关键词：信号转导数值模拟
- 基于信号分子双向输运的运动细胞极性反转模拟被引量：4
- 2015年
- 为解释运动细胞极性反转实验所发生的现象,依据调控细胞极化的信号级联转导关系,构建了包含一对非稳态二维反应-扩散方程的数学模型,并采用格子Boltzmann方法数值求解.数值实验显示,当反向信号使胞内Rac的活化梯度值达到和超过初始正向极化梯度的1.5倍时,负责细胞极化的Rac–PIs反馈回路产生时空调控效应,可驱动伪足标识信号分子(如磷酸激酶(PI3K)和磷脂酰肌醇–3,4,5–三磷酸(PIP3))和尾部标识信号分子(如磷酸酶(PTEN)和磷脂酰肌醇–4,5–双磷酸(PIP2))发生双向输运,并最终重新积聚于对极.模拟得到的极性反转时程曲线与已有实验吻合.此外,针对实验观测到的新伪足开始形成与原先伪足完全消失之间存在着延滞时间(～30 s),该文证实这是由于细胞两极对游离态激活酶(例如,PI3K)展开竞争所致,无需引入前人所设想的全局性抑制因子的作用.
- 冯世亮朱卫平
- 关键词：细胞骨架信号转导数学模型
- 运动细胞初始极化阶段胞内信号的分子机制及数学模型
- <正>某些真核细胞(eukaryotes),如:盘基网柄菌细胞(Dictyostelium)、白细胞(Leukocyte),受到胞外环境中信号分子的刺激,会朝向信号源而运动。初始极化(initial polarizati...
- 冯世亮朱卫平
- 文献传递
- 伪足伸出过程中的信号转导及细胞骨架重组动态模拟
- <正>迁移细胞的伪足结构能通过其内部信号转导机制将所接受到的胞外信号转变为各种肌动结合蛋白在伪足中的重新分布,引起自身肌动细胞骨架的动态重组,最终实现伪足的定向伸出。本文中,我们建立了通过连接胞外信号分子和胞内信号转导机...
- 冯世亮朱卫平
- 文献传递
- 运动细胞初始极化阶段胞内信号分子双向积聚的分子机制及动态数值模拟被引量：4
- 2012年
- 真核细胞(Eukaryotes),如盘基网柄菌细胞(Dictyo stelium)和白细胞(Leukocyte)等,受到前方传来的外信号刺激后,胞内物质发生两种方向相反的运动:胞质中与质膜结合的磷酸激酶PI3K及其在质膜上的生成物磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸PI(3,4,5)P3以向前扩散的方式积聚到前沿;而胞质中与质膜结合的磷酸酶PTEN及其在质膜上的生成物磷脂酰肌醇-4,5-双磷酸PI(4,5)P2以向后扩散的方式积聚到质膜的后边.通过这种"双向积聚",细胞形成头部和尾部,并在前沿生出伪足,完成初始极化.本文根据已知的实验,分析了"双向积聚"的分子机制,建立了相应的数学模型,通过数值模拟加以分析.以胞内被激活的小G蛋白(Rac)为触发信号,其梯度与外信号场的梯度一致;PI3K和PTEN作为调控因子,PI(3,4,5)P3和PI(4,5)P2作为标识细胞极化的信号分子,它们的浓度变化由一组耦合的非稳态二维反应-扩散方程描述.该反应-扩散体系源项中包含:PI(3,4,5)P3对PI3K,PI(4,5)P2对PTEN的识别和结合过程,是由蒙特-卡诺(Monte-Carlo)法处理;质膜结合态PI3K和PTEN对PI(3,4,5)P3和PI(4,5)P2施加的酶催化作用,由Michaelis-Menten动力学过程描述.反应-扩散方程组采用格子Boltzmann方法进行数值求解.数值试验显示,产生"双向积聚"的关键是受外信号梯度刺激后的胞内信号分子相互激发或抑制所形成的正反馈或负反馈回路:给细胞质膜头部一个较高的Rac激活率,Rac→PI3K?PI(3,4,5)P3将形成短程正反馈回路(亦即"局部激励"),引起PI3K和PI(3,4,5)P3快速在细胞头部积聚;头部PI(3,4,5)P3增多,限制了PTEN与PI(4,5)P2结合,使得PI(3,4,5)P3?PTEN→PI(4,5)P2形成长程负反馈回路(亦即"全局抑制");引起PTEN和PI(4,5)P2慢慢在细胞尾部积聚.同时发现,PI3K和PTEN含量对细胞极化有明显的影响,并存在使细胞正确极化的最佳值.
- 冯世亮朱卫平
- 关键词：信号转导
- 脊髓损伤再生轴突生长的数学模型和三维格子波尔兹曼法数值模拟
- 2012年
- 中枢神经系统损伤是当今社会最具破坏力的疾病之一,虽然已经有办法使损伤后残存的神经元出芽,但如何保证处于萌芽状态的再生轴突继续生长直至与远端的靶细胞正确连接,是困扰至今的难题。为探讨中枢神经损伤所形成的胶质瘢痕和其所诱导的抑制因子对再生轴突生长进程的影响,根据轴突生长速度与其微环境中影响因子的浓度梯度成比例的原理,以脊髓损伤为背景构建数学模型,并采用格子波尔兹曼法进行三维数值模拟。数值试验中的主要观察指标为:1)当微环境中轴突生长抑制因子释放率和促进因子释放率一定时,胶质瘢痕的轴向厚度对轴突生长速率的影响,并跟踪记录生长锥所经过路线上的抑制因子浓度和促进因子浓度;2)当胶质瘢痕的轴向厚度一定时,抑制因子释放率和促进因子释放率对轴突生长速率的影响,并跟踪记录生长锥所经过路线上的抑制因子浓度和促进因子浓度。结果表明:1)胶质瘢痕的轴向厚度越大、抑制因子的释放率越强,轴突生长速率越小;2)轴突生长速率本质上取决于生长锥所在位置抑制因子浓度与促进因子浓度的比值,当该比值平均小于某个阈值时,再生轴突能够顺利生长并与靶细胞成功对接。为正确设计有关动物试验提供了理论参考。
- 朱卫平陈旭宁孙燕萍冯世亮
- 关键词：轴突再生胶质瘢痕数学模型
- 伪足伸出过程中的信号转导及细胞骨架重组动态模拟
- 2009年
- 冯世亮朱卫平
- 关键词：细胞骨架肌动蛋白伪足信号转导转导机制细丝
