细胞局域钙信号Puff动力学研究

摘要

钙离子(Ca2+)是细胞内普遍存在的第二信使，控制着细胞大部分的生理过程。作为局域钙信号，puff信号主要是由于内质网上同一集团内的IP3R通道协同打开，释放钙离子形成的。Puff信号不仅可以实现局域钙信号的功能也可以激发全局信号钙波的产生。虽然puff信号已经被系统地研究，但是对于静息钙浓度([Ca2+]Basal)对puff动力学的调控机制还不是很清楚。
　　本文主要建立了一个puff模型来讨论[Ca2+]Basal对puff动力学的影响。模型主要包括一个双钙浓度的决定性方程和一个IP3R通道的随机性过程。讨论了[Ca2+]Basal对puff信号的统计学特性的影响。模型的结果显示，puff的频率和寿命随着[Ca2+]Basal的增加而增加。除此之外，发现了一个反常的结果:puff的幅值和打开的最大通道数随着[Ca2+]Basal的增加而减小。经过进一步的研究发现，这一反常现象的产生主要由两方面原因造成。一方面是由于[Ca2+]Basal的增加，使puff频率增加从而减少了puff的恢复时间;另一方面是由于blip信号的频率增加。Blip信号的产生会导致通道处于抑制状态因而阻止相邻puff之间的恢复过程。随着[Ca2+]Basal的增加，更多的blip事件产生导致更多的通道处于抑制状态，只有少数的通道可供打开形成puff信号。本文研究首次指出，blip信号对puff幅值有一种抑制效应。认为blip信号通过对puff信号的动力学调制，对全局钙信号的产生有重要的影响。

目录

声明

摘要

第一章 钙信号生物学背景

1．1 钙离子

1．2 细胞内的钙库

1．2．1 内质网

1．2．2 线粒体

1．3 钙信号机制

1．4 主要的钙通道介绍

1．4．1 IP3R通道和RYR通道

1．4．2 钙结合蛋白

1．4．3 钙泵

1．5 钙信号研究

1．6 本章小结

第二章 相关数学基础及模型研究

2．1 相关数学基础

2．1．1 质量作用定律

2．1．2 米氏方程和希尔函数

2．1．3 马尔科夫过程

2．1．4 参数优化

2．2 IP3R通道和内质网Ca2+模型的研究

2．2．1 DeYong-Keizer模型

2．2．2 Li-Rinzel模型

2．2．3 Rudiger-Shuai模型

2．2．4 Qi局域钙模型

2．2．5 Cao局域钙模型

2．3 本文的主要研究内容

2．4 本章小结

第三章 局域钙信号puff的动力学研究

3．1 引言

3．2 理论模型

3．2．1 IP3R通道模型的参数拟合

3．2．2 内质网调控Ca2+模型

3．3 模拟结果

3．3．1 局域钙信号puffs

3．3．2 IP3R集团和[IP3]大小对puff动力学的影响

3．4 讨论

3．5 本章小结

第四章 Blip对puff动力学的抑制效应

4．1 引言

4．2 理论模型

4．3 模拟结果

4．3．1 静息钙浓度对puff动力学的影响

4．3．2 亚基状态的概率分布

4．3．3 门控通道的具体行为过程

4．3．4 Blip信号抑制效应

4．4 讨论

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

硕士期间发表的文章

致谢