Dynamics and synchronization of biochemical oscillators

生化振荡器的动力学和同步

基本信息

  • 批准号:
    0818785
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-08-15 至 2012-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project concerns the development of mathematical models of biochemical oscillations and the analysis required to understand their underlying behavior. While the list of molecular systems that exhibit oscillations is growing, the grasp of the common principles is challenged by the variety of underlying network structures. The presence of negative feedback is the only feature shared by all oscillatory networks; beyond this each system seems to be unique. The goal is to formulate a common principle that is shared by all oscillatory networks. It is expressed in terms of broad tendencies of the dynamics, rather then the detailed structure of the supporting networks. Cells constantly communicate with their environment and their neighbors. This mutual communication often results in synchronization of their behavior. A theory will be developed to explain synchronization of periodic signals in cell communities. The synchronization of biochemical oscillators will be studied via the nearest neighbor coupling, and the coupling with a communally produced and sensed molecule.A recent unprecedented explosion in our knowledge of structure and function of genetic regulatory networks promises revolutionary changes in how human disease is viewed and treated. Many biological processes ranging from the cell cycle to the human 24 hour circadian rhythm are periodic in time. This periodicity is driven by oscillations in the concentration of chemicals in individual cells. In many cases these signals synchronize across populations and the periodic signal can be detected on a macroscopic level. The regulatory networks that are responsible for production and maintenance of these rhythms are being discovered every day. While the structures of these networks vary, they often produce similar periodic signals. This project will study the underlying broad dynamics principles behind the oscillations, emphasizing the function of the network over its implementation. Further, it will study synchronization of the periodic rhythms in population of cells. The lack of synchronization in the population can result in developmental and functional defects. This project will develop a theory that will be able to predict collective dynamics, as well as suggest repair mechanisms in the case of failure.
该项目涉及生化振荡的数学模型的发展以及了解其潜在行为所需的分析。 尽管表现出振荡的分子系统的列表正在增长,但对基础网络结构的多样性挑战了通用原理的掌握。负反馈的存在是所有振荡网络共享的唯一功能。除此之外,每个系统似乎都是唯一的。 目的是制定所有振荡网络共享的共同原则。 它是根据动态的广泛趋势来表达的,而不是支持网络的详细结构。 细胞不断与他们的环境和邻居交流。 这种相互交流通常会导致其行为同步。 将开发一种理论来解释细胞群落中周期性信号的同步。 将通过最近的邻居耦合来研究生化振荡器的同步,并与共同生产和感知的分子结合。在我们对遗传调节网络的结构和功能知识中,最近的前所未有的爆炸在观察人类疾病和治疗方面革命性变化。 从细胞周期到人类24小时昼夜节律的许多生物过程是周期性的。这种周期性是由单个细胞中化学物质浓度的振荡驱动的。 在许多情况下,这些信号在跨种群中同步,并且可以在宏观级别检测到周期信号。 每天都会发现负责产生和维持这些节奏的监管网络。 尽管这些网络的结构有所不同,但它们通常会产生相似的周期性信号。 该项目将研究振荡背后的基本广泛动态原则,并强调网络在其实施方面的功能。 此外,它将研究细胞种群周期性节奏的同步。 人群缺乏同步会导致发育和功能缺陷。 该项目将开发一种理论,该理论将能够预测集体动态,并在失败的情况下提出修复机制。

项目成果

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