时间延迟对细胞周期动力学的影响

摘要

基于Hill动力学与Michaelis-Menten方程,建立理论模型研究CDK1(细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶)/APC(后期促进复合物)系统振荡过程中,时间延迟对系统振荡动力学的影响.理论模型考虑CDK1-Plk1(Polo样蛋白质激酶)-APC通路中的时间延迟效应,研究发现,在不同时间延迟条件下,CDK1,Plk1和APC随时间演化呈现了周期性振荡特性,表明了细胞周期进程.随着时间延迟的增加,CDK1,Plk1和APC随时间演化的振荡周期变长、振幅增大,表明了时间延迟会改变体系的动力学特性.通过考察在高斯白噪声环境中的时间延迟效应,研究发现,噪声扰动明显地改变了CDK1随时间演化的动力学特性.在较小噪声环境中,CDK1/APC系统通过自调节时间延迟,改变振幅或振荡周期,重新自调控,使系统恢复稳定的周期性振荡.在较大噪声环境中,CDK1呈现了阻尼振荡模式.由此表明了较强的噪声,会使得CDK1/APC系统周期性振荡动力学出现较大改变,由于时间延迟,CDK1/APC振荡系统表现为从原有的周期性振荡转变为阻尼振荡,系统原有的振荡模式很难再恢复.理论结果进一步揭示了诸如非洲爪蟾胚胎等细胞周期过程中的时间延迟效应,可为设计调控细胞周期、阻断肿瘤转变的通路治疗方案提供理论依据.