Multiscale Modeling of Circadian Rhythms

昼夜节律的多尺度建模

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract In this project we will extend a new method of modeling that makes the simulation of coupled chemical reactions, such as those found in metabolism, much easier to implement and apply. The new approach relies upon mass action dynamics and makes modeling biological phenomena across large scales much easier because (1) time can be rescaled to an appropriate degree and (2) the dynamical equations are `telescopic' – that is, sets of coupled reactions can be collapsed and just summary reactions modeled with the approach. We will apply this new method to understand the dynamical behavior and circadian rhythms of cells. Circadian rhythms are found in organisms ranging in complexity from cyanobacteria to humans and represent a major aspect of cellular regulation in the majority of eukaryotes. These rhythms control many aspects of cellular behavior, ranging from the release of cellulases in fungi to degrade cellulose in the environment to the dynamics of human cells. Circadian dysfunction in humans underlies metabolic, behavioral, and cognitive disorders. The new approach is based on recent developments in physics, and in statistical thermodynamic fluctuation theories. In these approaches, modeling the relative time- dependence of reactions can be shown to be much easier than modeling the absolute time. We will apply these methods not only to the enzymatic reactions of metabolism, but also to the regulatory network that comprises the circadian clock which controls the metabolism of cells over a period of 24 hours.
项目总结/摘要 在这个项目中,我们将扩展一种新的建模方法,使模拟的 耦合的化学反应,如代谢中发现的那些,更容易 实施和应用。新方法依赖于质量作用动力学, 在大尺度上模拟生物现象要容易得多,因为(1)时间可以 (2)动力学方程是“伸缩的”- 也就是说,耦合反应的集合可以被折叠,而仅仅是概括反应的模型 与方法。 我们将应用这种新的方法来了解动态行为和昼夜节律 细胞的节律。昼夜节律在生物体中被发现,其复杂程度从 蓝藻对人类的影响,代表了细胞调节的一个主要方面, 大多数真核生物。这些节律控制着细胞行为的许多方面, 从真菌中释放纤维素酶降解环境中的纤维素, 人体细胞的动力学人类的昼夜节律功能障碍是代谢, 行为和认知障碍 这种新方法是基于物理学和统计学的最新发展。 热力学涨落理论在这些方法中,对相对时间进行建模- 反应的相关性可以被证明比模拟绝对值容易得多。 时间我们不仅将这些方法应用于代谢的酶反应, 而且还涉及包括生物钟的调节网络,该生物钟控制 在24小时的时间内细胞的代谢。

项目成果

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