哺乳动物细胞周期调控网络的建模与分析.pdf

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1、第31卷第1期计算机仿真2014年1月文章编号：1006—9348(2014)01—0399—04哺乳动物细胞周期调控网络的建模与分析胡程华，朱张青，陈春林(南京大学控制与系统工程系，江苏南京210093)摘要：研究细胞周期的准确调控对生物的生存、繁殖、发育和遗传是十分重要的。根据细胞周期的控制机理，建立了一个便于分析与控制的细胞周期模型。分析了模型中参数的作用，并对模型进行了参数匹配。为控制细胞周期，又根据癌细胞的病变机理对模型做了简化，分析了简化模型系统的稳定性及影响其稳定性的条件，最后将所得的条件代人完整模型进行仿真，得到使癌细胞停止分裂而正

2、常分裂期细胞继续分裂的可能方法，表明了癌症基因治疗的可能性。关键词：细胞周期；数学建模；癌细胞；仿真中图分类号：TP391．9文献标识码：AModelingandAnalysisoftheMammalianCellCycleRegulatoryNetworkHUCheng-hua，ZHUZhang-qing，CHENChun-lin(DepartmentofControl＆SystemEngineering，NanjingUniversity，Na．jingJiangsu210093，China)ABSTRACT：Accurateregulatio

3、nofthecellcycleisveryimportantforbiologicalsurvival，reproduction，develop—mentandgenetic．Acellcyclemodel，whichiseasytoanalysisandcontrol，wasestablishedbasedOfthecontrolmechanism．Aftermakinganassayoftheparameters，theparameterswerematchedandthemodelwassimulated．Forthepurposeofcon

4、trollingthecellcycle，themodelwassimplifiedaccordingtothemechanismofcancerlesions．Thentherobustnessofthesimplifiedmodelwasanalyzedinordertogettheconditionofchangingitsrobustness．Afterveri—fyingtheconditioninthecompletemodel，finally，weobtainedthepossiblymethodstostopthecancercel

5、lsfromdi—vidingwhilenormalmitoticcellscontinuetodivide，andpointedoutthepossibilityofcancergenetherapy．KEYWORDS：Cellcycle；Mathematicalmodeling；Cancercell；Simulation1引言控制方法方面的研究较少，对细胞周期分子机制的研究，不细胞分裂是细胞分化、组织更新、生物体繁殖的基础，早仅能深刻认识这一重要生命活动的本质，还可能通过针对性在19世纪就有学者发现并分析了细胞分裂的过程，但是直的设计和筛选，开

6、发出更专一、更有效的治疗药物及治疗方到上世纪末，对细胞周期的研究都集中在定性的角度。而定法。深入地研究也将使相关疾病病因的基因诊断和针对性量分析有助于研究多因素作用下的生物反应过程，可以预测基因治疗成为可能⋯。生物反应的细节变化，定量模型还可以成为一个基本的工具本文从控制的角度对哺乳动物细胞周期的调控网络建帮助人们优化已有的生物反应系统或模块，甚至设计出新的立了数学模型，并进行了仿真分析，为进一步分析细胞分裂反应系统。为了对细胞周期进行定量的分析，近十几年的控制策略，又对细胞周期模型进行简化得到癌细胞模型，来，国内外学者对不同生物的细胞周期进行了数

7、学建模及仿并分析了参数对癌细胞稳定性的影响。研究的目的不只是真，研究的对象有芽殖酵母、裂殖酵母、果蝇、哺乳动物细胞模拟真实生物分裂过程，而是通过修改参数逼近真实系统后等，建模的目的各不相同，分别有：①仿真观察细胞分裂过程分析参数对系统状态的影响，最终得到控制系统状态的方的细节变化“；②分析某些成分在细胞分裂过程中的作法。用；③研究造成细胞分化的原因；④分析细胞周期振荡的机理等。另外，研究该领域的学者主要来自于数学、物理2哺乳动物细胞周期调控网络和计算机方向，进行的分析主要为探究、再现生物过程，关于要对哺乳动物细胞周期进行建模，首先需要了解其周期调控

8、过程及机理。哺乳动物体细胞的周期调控网络如图1收稿日期：2013—04—22所示。生长因子(growthfactor，GF