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爪蟾卵成熟过程中的细胞周期调节—定量模拟和定性分析

作　者: 张同利
导　师: 于秉治
学　校: 中国医科大学
专　业: 生物化学
关键词: 细胞周期调节卵成熟定量模拟定性分析爪蟾 cyclin 成熟过程降解系统反馈网络细胞成熟
分类号: Q952
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

介绍：爪蟾卵在成熟过程中可以无限期的停留在未成熟状态，直到在激素的刺激下，成为可受精的卵细胞，这个过程称为卵成熟。在爪蟾卵成熟过程中，不同的信号传导途径激活MPF 爪蟾卵成熟的一个早期的生物化学变化就是cAmp浓度的降低，而且，cAmp依赖性的PKA一直被认为是卵细胞成熟的重要抑制激酶，抑制PKA的活性就可以引起卵细胞成熟，但是也有报道表明PKA的抑制作用并不依赖于它的活性。爪蟾卵成熟的一个重要的特征就是mRNA合成的增加，这经常对应于mRNA的多腺嘌呤化。在蛋白合成抑制剂存在的情况下，爪蟾卵的成熟也受到抑制，这说明新合成的蛋白对于爪蟾卵的成熟是必需的。在爪蟾卵中有大量未被激活的cdc2-cyclinB复合物，称为pre-MPF，pre-MPF在Tyr15位脱磷酸变成活性MPF，起到这个作用的磷酸酶是cdc25，cdc25的活性通过磷酸化和细胞位置进行调控。总的来说，爪蟾卵成熟过程受到复杂的相互作用的激酶网络的调节，这样的反馈网络使得爪蟾卵成熟成为一个“all-or-none”的过程。但是，这样的反馈增加了对爪蟾卵成熟过程的调控机制探索的困难，反馈的存在使得人们不能确定信号传导的顺序。在反馈网络中，很难决定激酶的上下游关系。在这个意义上来说，建立一个关于爪蟾卵成熟的模型是必要的，也是有益的，这样的模型有助于我们在一个清晰的框架上总结以往的研究工作，并且是我们可以以整体的眼光，系统的思考问题，这样就避免了那种“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的无奈。限于目前的数据和方法，这样的一个模型还远不能说是完美，但是这样的模型可以回答我们一些关于爪赡卵成熟的基本问题，而且，随着进一步的完善，模型的功能也可以得到增强。爪赠卵成熟过程中的激酶相互作用 MPF对自身既有正反馈调节作用，又有负反馈调节作用。MPF可以激活自身的激活子一CdC25，还可以抑制自身的抑制因子一Weel，而活性MPF可以激活cyclin降解系统并导致自身的降解失活PKA对MPF的作用。通过a地SEJKA可以抑制ode25，并且激活Mytl，从而间接的抑制MPF的活性，这样的抑制作用可以被P90RSK逆转。C－M肪，MAPK和MPF之间存在正反馈调节通路。而且MAPK可以防止cyclin降解系统的激活应用常微分方程建立定量模型：以上的蛋白间的一系列动态作用关系，需要转化成一系列描述系统的时空进化的数学方程。对于这样的细胞周期控制系统，应用常微分方程是适合的，因为比起细胞周期的时间（以小时计）来，分子扩散，转录，翻译和膜运输是很快的（以秒计〕应用药物动力学的区域化模型的方法，可以处理反应的空间分布。在数学上来说：应用微分方程知识捕获了我们关于蛋白合成和分解，磷酸化和去磷酸化的直觉认识。这些方程允许我们计算每个蛋白的浓度的变化，把这种变化和观察到的细胞行为进行比较，就能检验假说对于不同的反应类型，我们应用不同的速率法则，从而可以得到不同的微分方程： l．对于 cyclinB的变化，应用 l。of mass action有 d［CyClillB］／＆＝hi［AA j一比［CyClillB」－k3［CyCliDB］D［CdCZ］这个方程表示cyclinB随时间的变化，是cyclinB的合成，减去cyclinB的降解和cyclinB与cdcZ 的结合。 ·2· 2．对于酶调节的反应，我们应用Michaelis－Menten速率方程例如，对于 Cdc25 C，有 d。k。［3ctlveMPn rdc二引协 IPPa。el rCdc25－PI y ［Cd。25－PI ＝＝＝＝＝＝？J－－－－－－．：22－－－－nxM－M＊ dt‘——“—～‘民十［Cd。251－I：VJ＋rCcJC25－PI 然后，我们应用GePasi来进行这个模型的计算机模拟结果爪群卵成熟过程的模型模拟 GZ期阻滞，总的cyclinB的含量虽然升高，但是MPF保持在低活性状态，随着PKA的失活，MPF活性有戏剧性的变化，它的活性在MI升高，在问期下降，然后又在MZ期升高，最后停留在高活性的MZ期。模型可以用来模拟这样的卵成熟的过程，也就说明了这个模型在一定程度上是符合卵成熟过程的真实情况的，但是，如果仅仅是模拟，发挥不出模型的真正作用，模型的作用是让人们在模拟这样的卵成熟过程的同时，通过这样的一个模型工具深人的理解卵成熟的机制我们通过对模型进行分析发现：PKA可以升高MPF激活的总的cyclinB阈值，从而使卵停留在GZ期．而且我们提出了可以用来检验PKA的作用是通过CdC25，Mytl还是联合作用的实验理论依据，这样的电脑模拟为继续进行下一步的试验提供了一个思路，如果精确的测量在MPF激活过程中各个不同的激酶的活性，就能够鉴别PKA的具体作用机制，我们还研究了MAPK的作用。总的说来，我们的模型可以被用来模拟在正常情况下观察到的卵细胞的成熟过程，我们进一步观察了模型来模拟的，实验条件下的卵细胞成熟过程，发现我们的模型可以被用来解释试验中观察到的现象。

全文目录

一、中文摘要  3-7
二、英文摘要  7-11
三、英文缩略语  11-12
四、论文主体  12-54
  1 前言  12-18
  2 实验材料与方法  18-22
  3 实验结果  22-51
  4 讨论  51-53
  5 结论  53-54
五、本研究新见解  54-55
六、参考文献  55-60
七、致谢  60-61
八、综述  61-70
九、个人简介  70

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