Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Математическая модель клеточного гомеостаза железа

Материалы по биологии и химии / Исследование системы гомеостаза железа и развития окислительного стресса методами математического моделирования / Математическая модель клеточного гомеостаза железа

Страница 1

Молекулярно-генетическую систему, контролирующую клеточный гомеостаз железа у млекопитающих можно разбить на несколько блоков:

1. Процесс поступления железа в клетку, включающий TfR1, TfR2 индуцируемый эндоцитоз различных форм трансферрина, везикулярный транспорт, сортировка в эндосомах, транспорт железа из эндосом в цитоплазму.

2. Процесс экспорта железа из клетки посредством ферропортина.

. Запасание железа в клетке в комплексе с ферритином.

. Регуляция активности IRP белков.

. Посттранскрипционная регуляция системой IRP белков.

. Регуляция экспрессии гена рецептора трансферрина второго типа.

. Регуляция экспрессии гена ферропортина.

Каждый блок описывается системой обыкновенных дифференциальных или алгебро-дифференциальных уравнений. Общая схема модели представлена на Рис. 3

.

Рисунок 3.

Схема модели, описывающей клеточный гомеостаз железа. Железо поступает в клетку посредством рецептор-индуцируемого эндоцитоза (рецепторы TfR1 и TfR2) и попадает в лабильный пул железа (LIP). Активность IRP1 и IRP2 регулируется количеством железа в LIP. Белки IRP регулируют экспрессию TfR1, DMT1, Ferritin, Ferroportin. Железо запасается в комплексе с белком Ferritin и экспортируется из клетки посредством белка Ferroportin.

Рецептор-опосредованный эндоцитоз различных форм трансферрина включает в себя восемь стадий: (1) связывание и диссоциация рецептора от лиганда на поверхности клеточной мембраны; (2) интернализация рецептора и рецептор-лигандных комплексов; (3) диссоциация железа от комплекса с трансферрином при низком pH эндосомы; (4) диссоциация и связывание различных форм трансферрина с рецептором в эндосоме; (5) сортировка рецепторов и рецептор-лигандных комплексов в эндосомах; (6) деградация рецепторов и трансферрина в лизосомах; (7) синтез новых рецепторов и их транспорт на клеточную мембрану; (8) рециклизация рецепторов и рецептор-лигандных комплексов на поверхность мембраны.

Модель эндоцитоза различных форм трансферрина построена в терминах моно- и бимолекулярных реакций. Основная идея модели эндоцитоза заключается в том, что попавшие в клетку рецептор-лигандные комплексы могут селективно направляться в лизосомы, где деградируют, либо возвращаться на поверхность клеточной мембраны, и этот процесс регулируется насыщением рецептора лигандом. Для описания этих процессов модель эндоцитоза включает в себя четыре компартмента: эндосомальный везикулярный компартмент, эндосомальный трубчатый компартмент, рециркуляционный компартмент и компартмент деградации (Рис. 4

). Рецепторы, лиганды и рецептор-лигандные комплексы, попавшие в эндосому, распределяются между везикулярным компартментом, откуда попадают в лизосомы, и трубчатым компартментом, откуда попадают в рециркуляционный компартмент. Также лиганды могут попадать в эндосомы неспецифически, захватываясь из внеклеточной среды при формировании эндоцитозного пузырька.

Рисунок 4.

Схема четырех компартментов модели эндоцитоза. (1) эндосомальный везикулярный компартмент, (2) эндосомальный трубчатый компартмент, (3) рециркуляционный компартмент, (4) компартмент деградации

В ходе проработки модели на основании данных из источников [30, 31] мной были получены системы уравнений, описывающие систему эндоцитоза рецепторов трансферрина. Уравнения, описывающие динамику количества рецепторов и рецептор-лигандных комплексов, находящихся на плазматической мембране, имеют вид: