• Эхлэл /
• Диссертацийн тухай мэдээлэл

Эукариот эсийн хуваагдлын G1S шилжилтийн математик загварчлал, шинжилгээ

Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Улсын дугаар : 2958
Хамгаалсан он : 2013
Түлхүүр үг : Эсийн хуваагдал, ДНХ гэмтэл, P53 уураг, загварчлал, шинжилгээ

Аннотаци

Эсийн хуваагдал нь амьд организмын эволюц, ургийн хөгжил, зарим төрлийн өвчний үүсэлтэд чухал нөлөөтэй процесс юм. Эсийн хуваагдал нь эсийн орчны болон дотоод хүчин зүйлийн нөлөөн дор явагдах ба эс нь хими, физик, биологийн төрөл бүрийн нөлөөллийн улмаас стресст байнга өртөж байдаг. Стресс болон мутацийн улмаас ДНХ гэмтэн эсийн хуваагдал түр зогсож, гэмтэл засварлагдсаны дараа эсийн хуваагдал үргэлжилнэ. ДНХ-ийн гэмтлийг эсийн хуваагдлын алдагдлыг шалгах цэгүүдэд мэдрэгч уургууд, илрүүлэн засах механизм байдаг. Хэрвээ энэ алдагдлыг илрүүлэх, засварлах зохицуулгын механизмын үйл ажиллагаа алдагдвал гэмтсэн ДНХ-тэй эс хяналтгүй хуваагдан олширч хавдар үүснэ.
Эсийн хуваагдлын зохицуулгын үйл явцыг лабораторийн болон ердийн нөхцөлд судлах нь хөрөнгө хүч, цаг хугацаа ихээр шаардахын зэрэгцээ заримдаа туршилтаар огт илрүүлэх боломжгүй байх тохиолдол байдаг. Загварчлалын тусламжтай тодорхой орчин нөхцөлд эсийн хуваагдлын зохицуулга хэрхэн ажиллах, хуваагдлын хэмнэл алдагдалтын эерэг болон сөрөг үр дагаврыг таамаглах, хуваагдалд оролцох уургуудын харилцан үйлчлэлийн уялдаа холбоо, хамтын ажиллагааг илэрхийлэх, механизмыг тайлбарлах боломжтой байдаг.
Сүүлийн арав гаруй жилд эсийн хуваагдлын математик загварчлалын судалгаа түүний дотор нахиалан үрждэг хөрөнгөний эс (Saccharomyces cerevisiae), мэлхийний үр хөрвөлийн (Xenopus embryos), сүүн тэжээлтэн (Mammalian)-ий биеийн эсийн хуваагдлын математик загварчлал эрчимтэй хийгдэж байна. Мөн хавдрын эмчилгээнд шинэ эмийн эмчилгээний үр дүнг урьдчилан тооцоолж эмчилгээний үр дүн хамгийн сайн байх эмийн бай молекулыг сонгох ажлыг математик загварчлалын тусламжтай хийж байна. Ингэснээр шинэ эмийн судалгаанд зарцуулах өртөг зардал, цаг хугацааг хэмнэж болно. Иймд эсийн хуваагдлын загварчлал нь онол, практик чухал ач холбогдолтой юм.

Бид энэ ажлаараа эукариот эсийн хуваагдлын процессыг детерминистик ба стохастик загварчлалын аргаар судалж, зохицуулгын механизмыг тайлбарлах зорилго тавьж дараах зорилтуудыг биелүүллээ.
- Эукариот эсийн хуваагдлын G1S шилжилтийн динамик загвар хийж, системийн тогтворыг шинжилж, мутацийн тоон туршилт хийх.
- G1S шилжилтийн стохастик загвар хийж, урвалуудын явцад санамсаргүй хүчин зүйлийн үзүүлэх нөлөөг тооцох.
- P53, MDM2 уургуудын харилцан үйлчлэлийг загварчилж, эсийн хуваагдлын тогтворжилтийн шинжилгээ хийх.
- ДНХ гэмтэлтэй болон гэмтэлгүй үед G1S шилжилтийн загварт P53 уургийн үүргийг нэмж тооцон, эсийн хуваагдал түр зогсох үйл явцын механизмыг тайлбарлах.
- ДНХ гэмтэлтэй үед P53, MDM2 уургуудын харилцан үйлчлэлийг нэгдүгээр эрэмбийн хугацааны хожимдолтой дифференциал тэгшитгэлийн системээр илэрхийлэх.
- Стохастик загварчлал хийж урвалуудын оролцоог үнэлэх

Эукариот эс нь дунджаар 10-100 мкм хэмжээтэй, бүрхүүлээр тусгаарлагдсан бөөмтэй, тусгай үүрэг бүхий олон эрхтэнцэрүүдтэй байна. Эсэд олон төрлийн уураг, ДНХ, тэжээлийн бодис, ионууд агуулагддаг. Эукариот эст организмд протистууд, мөөг, ургамал, амьтан хамаарна.
Загварчлалыг дараах зарчмаар хийлээ. Үүнд:
- Урвалуудын дифференциал тэгшитгэлүүдийг туршилтын болон бусад загварын судалгааны ажил дээр үндэслэн масс-үйлчлэлийн хууль, Михаэлис-Ментен, Хиллийн тэгшитгэл, магадлал ашиглан уураг тус бүр дээр бичив.
- Бүх уургуудын анхны утгуудыг нэгээр авав.
Урвалын хурдны тогтмолуудыг бусад судлаачдын загварын утгуудтай болон бусад урвалын тогтмолуудын утгатай харьцуулан сонгож авав.
- Мутацийг хийхдээ тухайн урвалуудын хурдны тогтмолыг тэгтэй тэнцүүлж авав.
- Дифференциал тэгшитгэлийн системийг Рунге-Кутта-Фельбергийн аргаар Mathematica
7.0 програм ашиглан бодуулав.
- Систем тэгшитгэлийг Фурьегийн цуваанд задалж шугамчилж, тогтворжилтийн шинжилгээг Ляпуновын аргаар хийв.
- Стохастик загварчлалыг Gillespie-ийн алгоритмаар хийв.
- Стохастик симуляцийн Фортран хэл дээр програм бичиж, тооцоог гүйцэтгэв.
- Системийн төлөвийн бифуркацыг Хопфын теоромын нөхцөл ёсоор шалгав.

Энэ ажлаараа дараах гол үр дүнгүүд гаргаж дүгнэлт хийв.
- Урвалын хурдны тогтмолын утгыг өөрчилж ΔCycE, Δ(CycE/CDK2), идэвхтэй Δ(CycE/CDK2), идэвхгүй ΔCDC25 уургуудад нийт 18 мутаци үүсгэв. Үүнээс 11 мутацийн дүнд эсийн хуваагдал G1 шатнаас S шат руу шилжих боломжгүй, 1 мутацийн дүнд нь эсийн хуваагдлын G1 шатны үргэлжлэх хугацаа нь урт болж байсан бол 6 мутацийн дүнд эсийн хуваагдлын G1 шатны үргэлжлэх хугацаа нь богино болж байв.
- P53 уургийн загварт P53, MDM2 уургуудын концентрацын өөрчлөлтийг хугацааны хожимдолт ердийн дифференциал тэгшитгэлээр илэрхийллээ. ДНХ гэмтэлгүй үед P53, MDM2 уургийн концентрацын өөрчлөлт нь тогтвортой байна. Харин ДНХ-д гэмтэл үүсэхэд P53 уургийн концентрац MDM2 уургийн концентрацаас  хугацаагаар хожимдон систем авто хэлбэлзэлд орж байв. Энэхүү хугацааны хожимдлыг олоход байгаа ба критик утгад нөхцөл биелэв.
- ДНХ гэмтээгүй үед P53, MDM2 уургуудын өөрчлөлт нь тогтвортой, харин гэмтэлтэй үед P53, MDM2 уургуудын өөрчлөлтөд хугацааны хожимдол үүсэн авто хэлбэлзэлд орж байна. Энэ нь загвар туршлагын үр дүнг зөв илэрхийлж чадаж байгааг үзүүлж байна.
- ДНХ-ийн гэмтэлтэй эсэхээс хамаарч хуваагдлын төлөв (тогтвортой, тогтворгүй) өөрчлөгдөж байгаа энэ процесс нь Хопфын бифуркацаар тайлбарлагдана. Хопфын бифуркац болох хугацааны хожимдлын критик утга нь байлаа.
- Иймд P53 уургийн оролцоог загварт тооцсон загвар ДНХ гэмтэлтэй үед P53, MDM2 уургуудын харилцан үйлчлэлийн шинж төрхийг илэрхийлж чадах хамгийн хялбар загвар болсон гэж үзэж байна.
- Эсийн хуваагдлын G1 S шилжилтийн загварт P53, MDM2, P21 уургуудыг нэмж тооцон эсийн хуваагдал түр зогсох механизмыг илэрхийлж эсийн хуваагдал ДНХ гэмтлийг засварлагдтал түр зогсох үзэгдлийг илэрхийлж чадлаа.
- Стохастик загварчлалд CycE уураг, идэвхгүй ба идэвхтэй CycE/CDK2 хос уураг, фосфоргүй CDC25А, нэг ба хоёр фосфортой CDC25А уургуудын нийт 14 төрлийн урвалын магадлалыг бичив. Үүний үр дүнд зарим урвалын магадлал маш бага болов ч эсийн хуваагдалд зайлшгүй чухал нөлөөтэй болохыг тогтоов. Харин нийт 14 урвалаас CycE, хоёр фосфортой CDC25А уураг задрах урвалын магадлал бага учир хасаж бодуулахад эсийн хуваагдлын гол зохицуулагч уураг CycE, CycE/CDK2 хос молекулын тооны өөрчлөлтийн далайц нь багасах маягаар тогтворжиж байв.
- параметрийн бага утгад бодуулахад эсийн хуваагдлын гол зохицуулагч болох CycE, CycE/CDK2 молекулын тоо хугацаанаас хамаарч маш их далайцтай өөрчлөгдөж байна. Ингэж энэ гол зохицуулагч идэвхтэй CycE/CDK2 молекулын тоо нь хугацааны эгшин бүрд өөр өөр гарч байгаа нь молекулын тоо хэт цөөрсөн үед гарч болох үзэгдлүүдийг харуулж байна.
- параметрийн утга нэмэгдээд  200 болоход детерминистик загварын шийдтэй төстэй болж загвар зөв болохыг харуулж байна.
Энэхүү ажлын үр дүн, судалгааны арга аргачлалуудыг цаашид молекул, эс, эволюцийн биологийн судалгаанд хэрэглэх бүрэн боломжтой юм.

Зохиогч

• Ишлэл
• Ишлэгдсэн байдал
• Удирдсан
• Үзүүлэлтүүд
• Сэтгэгдэл