哺乳动物生物钟的光适应性模型

摘要

生物钟是指生物体的生理和行为随时间作周期性变化的现象。这些以24小时为周期变化行为的背后，是细胞内一些分子浓度的周期变化。因此，我们可以把这些分子浓度的变化改写成常微分方程，通过数学模型来研究这些问题。
　　光照信号通过一条独特的信号通路“视网膜—下丘脑束”调节生物钟的节律。2013年刊登在cell杂志上的最新研究成果表明：在光照牵引生物钟的信号通路中，存在一个CRTC1-SIK1负反馈环，抑制光照对per1表达的促进作用，从而使生物钟对光照刺激具有适应性。
　　以下是本文的研究成果及主要贡献：
　　（1）首先本文依据实验结果，建立了第一个包含CRTC1-SIK1反馈回路的光牵引生物钟的数学模型。并且我们进一步将此模块与Andrew C.Liu生物钟自振荡模型耦合，建立了目前最完整的光牵引哺乳动物的分子生物钟模型。
　　（2）其次，通过对比野生型(WT)和sik1基因部分敲除(KD)，揭示了CRTC1-SIK1负反馈回路产生了光适应性机制，并就其简化模型，证明了定态解的唯一存在性和局部稳定性。
　　（3）最后说明光适应机制是生物钟系统的关键特性。
　　（a）光适应性机制使生物钟系统对光刺激具有相位鲁棒性。
　　（b）光适应性机制减少生物钟奇异行为发生的概率。生物钟的奇异行为是指生物在受到特定刺激，其节律性完全丧失的现象。这是生物钟系统面临的最坏结果之一。

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第一章 引言

1.1 生物钟研究的背景及意义

1.2生物钟的研究现状

1.3系统生物学的研究现状

1.4生物适应性介绍

第二章 建立哺乳动物生物钟的光适应模型

2.1 光照牵引哺乳动物生物钟的分子机制

2.2 建立哺乳动物生物钟的光适应性模型

2.3 模型的耦合

第三章 哺乳动物的光适应性机制

3.1 生物钟昼夜节律研究常用概念

3.2 哺乳动物生物钟的光适应性

3.3 哺乳动物生物钟的光不应期

3.4 理论分析

第四章 光适应性增强了生物钟相位的鲁棒性

4.1 SIK1减缓了生物钟调时差的速度

4.2 生物钟相位鲁棒性的机制

第五章 光适应性减少生物钟奇异行为的发生

5.1 数值模拟生物钟的奇异行为

5.2 生物钟奇异行为发生的理论机制

5.3 SIK1减少奇异行为发生的机制

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢