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文檔簡介
1、鈣離子是多種細(xì)胞重要的第二信使,在細(xì)胞生理過程中扮演著極其重要的角色。通常情況下,在體細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度保持穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)受到胞外物理或化學(xué)刺激時,細(xì)胞膜或胞內(nèi)鈣庫上的鈣離子通道被激活,誘發(fā)胞外鈣離子跨膜內(nèi)流或鈣庫的鈣離子釋放,進(jìn)一步引發(fā)胞內(nèi)的鈣離子濃度發(fā)生動力學(xué)響應(yīng)。鈣離子的這種動力學(xué)響應(yīng)對于維持活體細(xì)胞的正常生理具有非凡意義。譬如,血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣離子動力學(xué)響應(yīng)異常可引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,與動脈粥樣硬化現(xiàn)象密切相關(guān);精細(xì)胞鈣離子動力學(xué)響應(yīng)
2、與精子活性、精子獲能、超活化和頂體反應(yīng)等生理現(xiàn)象緊密相連。
本文利用數(shù)學(xué)建模的方法研究兩種不同的人體細(xì)胞(血管內(nèi)皮細(xì)胞和精細(xì)胞)在不同物理或生化刺激下細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動力學(xué)響應(yīng)。對于血管內(nèi)皮細(xì)胞,針對剪應(yīng)力激活細(xì)胞鈣離子動力學(xué)響應(yīng)的分子機(jī)制是直接機(jī)制還是間接機(jī)制的學(xué)術(shù)爭議,本文首次考慮瞬時感受器(TRPV4-C1)對剪應(yīng)力刺激的直接介導(dǎo)作用,綜合考慮剪應(yīng)力誘發(fā)三磷酸腺苷(ATP)釋放,進(jìn)一步激活P2X4通道和P2Y信號通路的間接
3、機(jī)制,同時引入三磷酸肌醇(IP3)和鈣離子的反饋調(diào)節(jié)作用,建立了剪應(yīng)力和ATP誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣離子動力學(xué)響應(yīng)的新型動力學(xué)模型?;谠撃P?,通過數(shù)值仿真發(fā)現(xiàn),剪應(yīng)力直接激活TRPV4-C1通道的機(jī)制至關(guān)重要,而剪應(yīng)力誘發(fā)ATP釋放間接激發(fā)胞內(nèi)鈣離子動力學(xué)響應(yīng)的作用幾乎可以忽略,從而澄清了關(guān)于剪應(yīng)力激活細(xì)胞鈣離子動力學(xué)響應(yīng)是直接機(jī)制還是間接機(jī)制的學(xué)術(shù)爭議。對于精細(xì)胞,針對孕酮誘發(fā)細(xì)胞CatSper鈣離子通道開放及細(xì)胞內(nèi)的鈣離子動力學(xué)響應(yīng),
4、本文首次建立了孕酮激活精細(xì)胞CatSper鈣通道開放的數(shù)學(xué)模型,同時引入精細(xì)胞頸部雙鈣庫激活機(jī)制,發(fā)展了孕酮誘發(fā)的基于CatSper鈣離子通道的人類精細(xì)胞鈣離子響應(yīng)的動力學(xué)模型?;谠撃P图由盍藢υ型碳は戮?xì)胞鈣離子動力學(xué)行為和CatSper鈣通道特性的理解,同時有效地預(yù)測了鈣離子振蕩等現(xiàn)象,為進(jìn)一步研究胞外流體力學(xué)和胞內(nèi)生物化學(xué)的相互作用打下了基礎(chǔ)。
本文的研究表明,用系統(tǒng)動力學(xué)數(shù)學(xué)建模的方法研究生物細(xì)胞系統(tǒng),不僅能夠幫助
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