《內質網與線粒體相互調控的鈣信號系統模擬》是依託廈門大學，由帥建偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內質網與線粒體相互調控的鈣信號系統模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：帥建偉
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈣離子是細胞內廣泛存在的一種重要的第二信使，參與並控制著細胞生命的生老病死各個過程，如細胞分裂，基因表達，新陳代謝，學習記憶，細胞凋亡等幾乎所有的生命活動過程。本研究針對近年來實驗上的最新結果，及其對理論建模的挑戰，研究內質網和線粒體耦合調製的鈣離子信號動力學系統，包括建立內質網上具有協同動力學的鈣通道模型，考慮鈣通道在內質網膜上的隨機運動行為，建立線粒體上攝鈣通道的動力學模型，特別是在系統中考慮內質網與線粒體的鈣微域耦合機制。通過該項研究，我們將詳細討論內質網和線粒體對胞內鈣信號的複雜調控作用，特別是揭示內質網和線粒體如何通過鈣微域偶聯，對胞內鈣波的形成,各種振盪模式,傳播和抑制產生調製和影響。該研究成果將促進我們對細胞鈣信號複雜動力學過程的理解，也將促進和加深我們對細胞鈣信號生物學功能的了解。通過該項研究，我們將培養3位博士生，並至少發表高水平SCI文章10篇。
結題摘要
按照2013年提交的本項目計畫書的研究工作安排, 經過4年的研究,我們很好地完成了基金申請中的計畫內容。對鈣離子信號動力學研究，主要成果如下：（1）基於最近的實驗數據，我們構建了一個全新的內質網與線粒體互作的Ca2+模型。我們首先建立一個4態MCU模型，MCU感受的是鄰近的內質網IP3Rs通道釋放Ca2+形成的鈣微域內的高鈣濃度，MCU把鈣微域內的高鈣濃度吸收進線粒體。我們的模型可以很好地重複實驗上觀測到的鈣震盪的形狀、振幅、周期等動力學特性，然後我們系統討論了線粒體鈣信號研究中存在爭議的幾個關鍵問題：線粒體可以攝入多少Ca2+，線粒體攝鈣如何影響細胞質鈣信號，內質網與線粒體之間形成的鈣微域的尺度有多大等，得出一些有意義的結論和預測。（2）進一步，我們結合大量實驗結果，提出了“內質網與線粒體間距離的減少會通過鈣信號增強引發阿爾茨海默症”的理論，該假說包含了目前流行的4種阿爾茨海默症發病機制學說中提到的主要元素，為更全面地了解阿爾茨海默症的病理學提供了新的視角。（3）對於局域鈣離子信號，我們通過模型計算，首次提出單通道釋放的鈣離子Blip信號對集團化離子通道釋放的鈣離子Puff信號的幅值有抑制效應。（4）我們也首次套用混合免疫多目標最佳化算法，研究了不同類型IP3R鈣離子通道模型參數分布特性，討論了其對鈣信號的不同作用。（5）結合實驗和動力學模擬，討論了阿爾茨海默氏病神經元中Presenilin變異對IP3R鈣離子通道的開關動力學影響。（6）我們通過對Bcl-2蛋白間接調控Ca2+的信號通路建立數學模型，證明了Bcl-2蛋白對鈣信號有抑制作用。 我們也在癌細胞信號網路動力學、神經元離子通道隨機動力學和基因調控網路建模等方面開展了科研工作，取得一下有意義的結果，如結合大量實驗結果，討論了miRNA31信號在小腸幹細胞和乳腺癌細胞等中的調控作用機制；結合實驗，討論了Msi2信號在毛囊幹細胞中的調控作用機制；結合實驗和蛋白質動力學模擬，討論了WalK激酶的構型變換動力學等。
