Клеточные структуры и опосредованные ионами кальция сигнальные пути: математическое моделирование

• Автор: Докукина, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Структурные и функциональные аспекты внутри и межклеточного перераспределения и транспорта Са2.

1.1.1. Общие сведения о клеточном перераспределении Са2

1.1.2. Экспериментальные данные о межклеточном перераспределении

и транспорте Са2 . . . .

1.1.3. Экспериментальные данные о внутриклеточном перераспределении Са2

1.2. Основные подходы к моделированию внутри и межклеточного перераспределения и транспорта Са2.

1.2.1. Модели отдельных процессов, участвующих в перераспределении Са2

1.2.2. Одноточечные модели хорошо перемешанная клетка.

1.2.3. Одномерные модели с диффузией на отрезке.
1.2.4. Двумерные модели с диффузией на плоскости
1.2.5. Трехмерные модели с диффузией в пространстве.
ГЛАВА 2. МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ БОЛЬШОЕ ЧИСЛО КЛЕТОК
2.1. Исследуемое явление
2.2. Модель внутриклеточного перераспределения Са2, используемая
в представленной работе .
2.3. Структурный подход к моделированию распространения межклеточной волны в культуре клеток.
2.4. Результаты моделирования и их анализ.
2.5. Заключение по Главе 2 .
ГЛАВА 3. МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ 24 КЛЕТКИ
3.1. Исследуемое явление
3.2. Описание модели
3.3. Результаты моделирования.
3.4. Заключение по Главе 3 .
ГЛАВА 4. ВНУТРИКЛЕТОЧНОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ ОДНОТОЧЕЧНАЯ МОДЕЛЬ
4.1. Исследуемое явление
4.2. Описание модели
4.3. Результаты моделирования.
4.4. Заключение по Главе 4 .
ГЛАВА 5. ВНУТРИКЛЕТОЧНОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ МНОГОТОЧЕЧНАЯ МОДЕЛЬ
5.1. Исследуемое явление
5.2. Многоточечный сетевой метод
5.3. Простейший трехточечный граф.
5.3.1. Схематическое описание.
5.3.2. Математическая постановка задачи.
5.3.3. Описание особенностей модели.
5.3.4. Результаты моделирования.
5.4. Треугольный граф.
5.5. Граф с переносом и диффузией
5.5.1. Схематическое описание.
5.5.2. Математическая постановка задачи.
5.5.3. Результаты моделирования.
5.6. Применение многоточечного сетевого метода к другим задачам . .
5.7. Заключение по Главе 5 .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Как правило, в состоянии покоя концентрация этих веществ внутри клетки очень мала. Определенные внешние или внутриклеточные сигналы могут приводить к кратковременному изменению концентрации этих сигнальных молекул. В ответ происходит лавинообразная активация многочисленных ферментативных систем, и клетка адекватно реагирует на пришедший сигнал. Специальные системы занимаются быстрой уборкой сигнальных молекул. Эти молекулы либо разрушаются, либо выбрасываются из внутриклеточного пространства наружу, и клетка возвращается в свое исходное не активированное состояние. В противном случае сигнальная система останется во включенном состоянии и после того, как действие внешнего сигнала уже прекратилось, что может привести к гибели клетки . В цитозоле клеток концентрация ионов кальция Са2 составляет всего 0 нМ 5 8 1 КГ7 М, тогда как в окружающей клетку среде она равна примерно 3 мМ 3 3 М . Поэтому даже малое повышение концентрации Са2 в цитозоле по сравнению с нормальной рассматривается клеткой как некий сигнал. В частности, перераспределение и транспорт Са2 в клетке управляют процессами деления, движения и внутреннего метаболизма клетки. С одной стороны, он может проникнуть из внешней области клетки, пройдя через обменники и насосы плазматической мембраны. С другой стороны, он может быть высвобожден из внутренних запасов Са2 через каналы эндоплазматического ретикулума ЭР и митохондрий рис. Когда Са2канал открыт, около его выходного отверстия формируется высококонцентрированная струя Са2, которая после закрытия канала быстро рассеивается в результате диффузии 3. Такие локализованные сигналы, возникающие из каналов в плазматической мембране или на внутренних источниках, представляют собой элементарные события основные строительные блоки перераспределения Са2 рис. Далее в зависимости от природы и локализации каналов элементарные события могут либо активировать клеточные процессы, точно локализованные в непосредственной близости от каналов рис. Если же объединяются активности соседних клеток внутри ткани, то возникает межклеточная волна Са2, распространяющаяся от одной клетки к другой рис. Так, например, вспышки повышенной концентрации Са2, локально возникающие в клетках гладких мышц вблизи плазматической мембраны, активируют калиевые К каналы, которые приводят мышцы в расслабленное состояние. Однако при объединении локальных вспышек повышенной концентрации Са2, расположенных глубже внутри клетки, возникает волна Са2, распространяющаяся по всему объему клетки и приводящая к сокращению мышц 3. Иными словами, примембранный Са2 стимулирует Са2зависимые Кканалы, а большое количество цитозольного Са2 образование актомиозиновых комплексов в гладкомышечных клетках. Сигналы Са2 различаются не только но пространственной локализации, но и по амплитуде и длительноеги. Клетки чувствительны к малым изменениям концентрации Са2, однако основная информация, которую несет сигнал Са2, зашифрована в его длительности 3. В самом деле, короткие одиночные импульсы используются для активации определенных клеточных процессов, таких как клеточная секреция или мышечные сокращения. С другой стороны, когда информация передается в течение больших промежутков времени, клетки используют повторяющиеся сигналы, известные как осцилляции Са2. Период осцилляций Са2 в гладких артериальных мышцах равен 0,1 0,5 сек, сек для волн Са2 в гепатоцитах, 1 мин в человеческой яйцеклетке после оплодотворения, и часов для спонтанных импульсов Са2, контролирующих деление клетки 3. Рис. Основные механизмы, участвующие в процессе перераспределения и транспорта Са2. Повышение уровня Са2 в цитозоле поток из межклеточного пространства высвобождение из ЭР диссоциация Са2 и цитозольных Са2связывающих белков высвобождение из митохондрий. Понижение уровня Са2 в цитозоле откачка из цитозоля через АТФзависимые насосы наружу клетки и обратно в ЭР и Са2Каобменники наружу клетки связывание цитозольными Са2связывающими белками поглощение митохондриями через унипорты.