Εμβιομηχανική και Βιοϊατρική Τεχνολογία Modeling MAPKinases Μαυράκης Ευάγγελος

Συστημική Βιολογία Μελετάμε τις βιολογικές διεργασίες στο κύτταρο με συστημική προσέγγιση Οι κυτταρικές διεργασίες είναι αρκετά πολύπλοκές, ειδικά η μετάδοση σημάτων μέσω πρωτεϊνών, γι’ αυτό χρησιμοποιούμε εργαλεία συστημικής ανάλυσης, π.χ. διαφορικές εξισώσεις Στόχος είναι η χαρτογράφηση όλων των σημάτων και των πρωτεϊνών μέσα στο κύτταρο και η ποιοτική και ποσοτική μοντελοποίηση

Cell Signaling Η θεμελιώδης διαδικασία στο κύτταρο κατά την οποία σήματα μεταδίδονται τόσο μέσα στο κύτταρο, όσο και έξω από αυτό Σημαντικός παράγοντας της ύπαρξης του κυττάρου, και άρα όλης της ζωής, είναι η ικανότητα του κυττάρου να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον, να επεξεργάζεται τα ερεθίσματα και να αποκρίνεται αναλόγως Τα σήματα αυτά είναι κατά κύριο λόγο πρωτεϊνικής φύσης

Mitogen Activated Protein Kinases Οι MAPKs έχουν ένα ευρύ φάσμα παρουσίας σε πολλές διεργασίες του κυττάρου όπως στον πολλαπλασιασμό, την μίτωση, την απόπτωση και την διαφοροποίηση Χωρίζονται σε ΜΑΡ3Κ, ΜΑΡ2Κ και ΜΑΡΚ Το σήμα μεταφέρεται από τις ΜΑΡ3Κ στις ΜΑΡ2Κ και μετά στις ΜΑΡΚ Στην εργασία παρουσιάζεται η σχέση που έχει μια ΜΑΡ2Κ (ΜΕΚ1) με μια ΜΑΡΚ (ΕRΚ12)

Περιγραφή Διαδικασίας Ι Η διαφορική εξίσωση που περιγράφει την συγκέντρωση της ERK12 σε σχέση με την ΜΕΚ1 είναι: dCERK12/dt = C1*MEK1 – C2*ERK12 Έχουν γίνει πειράματα με την συγκέντρωση των δύο πρωτεϊνών σε συνάρτηση με τον χρόνο υπό την επίδραση διάφορων φαρμάκων (inhibitors) σε περιβάλλον διάφορων κυτοσίνων Τα πειράματα έχουν γίνει σε υπατοκύτταρα και μελετάμε την ανάπτυξη καρκίνου άρα επιλέγουμε τις κυτοσίνες που έχουν τον epidermal growth factor

Περιγραφή Διαδικασίας ΙΙ Σκοπός είναι η εύρεση των συντελεστών της διαφορικής εξίσωσης ώστε η προσομοιωμένη χρονοσειρά της ERK12 να πλησιάζει στην πειραματική χρονοσειρά. Αυτό γίνεται με μεθόδους αιτιοκρατικής βελτιστοποίησης, με τους αλγορίθμους Interior Point και Sequential Quadratic Programming H αντικειμενική συνάρτηση της βελτιστοποίησης είναι το άθροισμα των απολύτων τιμών των διαφορών της υπολογιστικής λύσης από την πειραματική και στις πέντε κυτοσίνες

Παρουσίαση αποτελεσμάτων Για δύο inhibitors DMSO και MEK γιατί και για τους έξη δεν υπάρχει χρόνος. Διάγραμμα συνάρτησης με αρχικές συνθήκες, διάγραμμα σύγκλισης και λύση της χειρότερης και της καλύτερης λύσης. Στα διαγράμματα των λύσεων που δεν φαίνεται καλά η λύση επειδή είναι σε μικρά νούμερα υπάρχει δεύτερο διάγραμμα με τις καμπύλες του ERK12 πολλαπλασιασμένες για να φαίνονται καλύτερα.

DMSO IP

Σύγκλιση x = [5.6201, ]

Λύση

Σύγκλιση x = [ , ]

Λύση

DMSO SQP

Σύγκλιση x = [5.6201, ]

Λύση

Σύγκλιση x = [ , ]

Λύση

ΜΕΚ ΙΡ

Σύγκλιση x = [ , ]

Λύση

Λύση ERK12*10

Σύγκλιση x = [9.0935, ]

Λύση

Λύση ERK*10

ΜΕΚ SQP

Σύγκλιση x = [ , ]

Λύση

Λύση ERK12*10

Σύγκλιση x = [9.0935, ]

Λύση

Λύση ERK12*10