Se requiere retroalimentación bilateral en el modelo del oscilador para explicar la dinámica de acoplamiento de Hes1 con el ciclo celular
Autores: Rowntree, Andrew; Sabherwal, Nitin; Papalopulu, Nancy
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Se requiere retroalimentación bilateral en el modelo del oscilador para explicar la dinámica de acoplamiento de Hes1 con el ciclo celular
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Proteínas
Oscilatorio
Redes
Modelos matemáticos
Ciclo celular
Hes1
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
Los procesos biológicos están regidos por la expresión de proteínas, y para algunas proteínas, su nivel de expresión puede fluctuar periódicamente en el tiempo (es decir, oscilan). Muchas proteínas oscilatorias (por ejemplo, proteínas del ciclo celular y las de la familia HES de factores de transcripción) están conectadas de manera compleja, a menudo dentro de grandes redes. Esta complejidad puede ser elucidada mediante el desarrollo de modelos matemáticos intuitivos que describan los aspectos críticos subyacentes de las relaciones entre estos procesos. Aquí, proporcionamos una explicación matemática de un fenómeno biológico recientemente descubierto: la posición fásica de la expresión oscilatoria del gen Hes1 al comienzo del ciclo celular de una célula madre de cáncer de mama individual puede tener un valor predictivo sobre cuánto tiempo tardará esa célula en completar un ciclo celular. Utilizamos un modelo de dos componentes de osciladores acoplados para representar Hes1 y el ciclo celular en la misma célula con suposiciones mínimas. Al ingresar solo los ángulos de fase iniciales, demostramos que este modelo es capaz de predecir el comportamiento dinámico de mitosis a mitosis de Hes1 y predecir patrones de duración del ciclo celular como se encuentran en datos experimentales del mundo real. Además, descubrimos que el acoplamiento bidireccional entre Hes1 y el ciclo celular es crítico dentro del sistema para que los datos se reproduzcan y que se requiere asimetría no fija en las interacciones entre los osciladores. La dinámica de fase que presentamos aquí captura la compleja interacción entre Hes1 y el ciclo celular, ayudando a explicar la variabilidad del ciclo celular no genética, lo cual tiene implicaciones críticas en contextos de tratamiento del cáncer.
Descripción
Los procesos biológicos están regidos por la expresión de proteínas, y para algunas proteínas, su nivel de expresión puede fluctuar periódicamente en el tiempo (es decir, oscilan). Muchas proteínas oscilatorias (por ejemplo, proteínas del ciclo celular y las de la familia HES de factores de transcripción) están conectadas de manera compleja, a menudo dentro de grandes redes. Esta complejidad puede ser elucidada mediante el desarrollo de modelos matemáticos intuitivos que describan los aspectos críticos subyacentes de las relaciones entre estos procesos. Aquí, proporcionamos una explicación matemática de un fenómeno biológico recientemente descubierto: la posición fásica de la expresión oscilatoria del gen Hes1 al comienzo del ciclo celular de una célula madre de cáncer de mama individual puede tener un valor predictivo sobre cuánto tiempo tardará esa célula en completar un ciclo celular. Utilizamos un modelo de dos componentes de osciladores acoplados para representar Hes1 y el ciclo celular en la misma célula con suposiciones mínimas. Al ingresar solo los ángulos de fase iniciales, demostramos que este modelo es capaz de predecir el comportamiento dinámico de mitosis a mitosis de Hes1 y predecir patrones de duración del ciclo celular como se encuentran en datos experimentales del mundo real. Además, descubrimos que el acoplamiento bidireccional entre Hes1 y el ciclo celular es crítico dentro del sistema para que los datos se reproduzcan y que se requiere asimetría no fija en las interacciones entre los osciladores. La dinámica de fase que presentamos aquí captura la compleja interacción entre Hes1 y el ciclo celular, ayudando a explicar la variabilidad del ciclo celular no genética, lo cual tiene implicaciones críticas en contextos de tratamiento del cáncer.