Modelo jerárquico de ruptura de simetría para la diferenciación de células madre
Autores: Voulgarakis, Nikolaos K.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelo jerárquico de ruptura de simetría para la diferenciación de células madre
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Diferenciación de células madre
Waddington
Ramificación jerárquica
Puntos de equilibrio
Red de regulación génica
Mecanismos de retroalimentación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Waddington imaginó la diferenciación de células madre como una canica que rueda por una colina, pasando a través de valles ramificados jerárquicamente que representan el estado temporal de la célula. Los valles terminales en la parte inferior de la colina indican las posibles células comprometidas del organismo multicelular. Aunque originalmente propuesta como una metáfora, la hipótesis de Waddington establece los principios fundamentales para caracterizar el proceso de diferenciación como un sistema dinámico: los puntos de equilibrio generados deben exhibir ramificaciones jerárquicas, robustez a las perturbaciones (homeorresis) y producir el número apropiado de células para cada tipo celular. Este artículo tiene como objetivo capturar estas características utilizando un modelo matemático basado en dos hipótesis fundamentales. Primero, se asume que la red de regulación génica consiste en subredes de genes acopladas jerárquicamente (módulos), cada una modelada como un sistema dinámico que exhibe una bifurcación supercrítica de horquilla o cúspide. Segundo, los módulos génicos son regulados espaciotemporalmente por mecanismos de retroalimentación que provienen de factores epigenéticos. Los resultados analíticos y numéricos muestran que el modelo propuesto exhibe multiestabilidad autoorganizada con ramificación jerárquica. Además, estas ramas de puntos de equilibrio son robustas a las perturbaciones, y el número de células diferentes producidas puede ser determinado por los parámetros del sistema.
Descripción
Waddington imaginó la diferenciación de células madre como una canica que rueda por una colina, pasando a través de valles ramificados jerárquicamente que representan el estado temporal de la célula. Los valles terminales en la parte inferior de la colina indican las posibles células comprometidas del organismo multicelular. Aunque originalmente propuesta como una metáfora, la hipótesis de Waddington establece los principios fundamentales para caracterizar el proceso de diferenciación como un sistema dinámico: los puntos de equilibrio generados deben exhibir ramificaciones jerárquicas, robustez a las perturbaciones (homeorresis) y producir el número apropiado de células para cada tipo celular. Este artículo tiene como objetivo capturar estas características utilizando un modelo matemático basado en dos hipótesis fundamentales. Primero, se asume que la red de regulación génica consiste en subredes de genes acopladas jerárquicamente (módulos), cada una modelada como un sistema dinámico que exhibe una bifurcación supercrítica de horquilla o cúspide. Segundo, los módulos génicos son regulados espaciotemporalmente por mecanismos de retroalimentación que provienen de factores epigenéticos. Los resultados analíticos y numéricos muestran que el modelo propuesto exhibe multiestabilidad autoorganizada con ramificación jerárquica. Además, estas ramas de puntos de equilibrio son robustas a las perturbaciones, y el número de células diferentes producidas puede ser determinado por los parámetros del sistema.