Multiscale modeling of biological systems: An integrative approach
生物系统的多尺度建模:一种综合方法
基本信息
- 批准号:RGPIN-2014-03615
- 负责人:
- 金额:$ 2.99万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2018
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2018-01-01 至 2019-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The application of mathematical and computational models to biology is an exciting and novel area of research in Applied Mathematics. The main objective of this research is to gain a more fundamental understanding of the complex processes of biological systems by integrating experimental studies and quantitative approaches.**The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a biological process wherein epithelial cells undergo multiple biochemical changes and adopt mesenchymal features including an enhanced capacity for migration, invasiveness, and elevated resistance to apoptosis. This transition is a critical process during embryonic development, wound healing and metastasis. Further, recent studies have linked EMT with the acquisition of stem cell like characteristics in normal and neoplastic cell populations. Tissue microenvironmental factors, such as hypoxic conditions, may also induce EMT in cells. Hypoxia-induced transition seems to be accompanied by increased activation of Akt and subsequent downstream signaling. Moreover, mitochondrial production of reactive oxygen species is increased during hypoxia, resulting in the induction of EMT. In addition, the cancer stem cell phenotype is regulated by the microenvironmental factors hypoxia and acidity.**This proposal aims to apply an integrative approach to provide a three-faceted study of the links between EMT, stem cells and tissue microenvironment. The available experimental data will be combined with existing and novel mathematical models to investigate the effects of hypoxia, acidity and EMT on properties of stem cells. These mathematical models range from deterministic and stochastic differential equations to numerical simulations of the system. This proposal aims to study (1) the effects of tissue microenvironmental factors on EMT and SCs, (2) the role of cell metabolism and antioxidants on EMT, and (3) the molecular links between EMT, SCs, and other related pathways.
数学和计算模型在生物学中的应用是应用数学中一个令人兴奋和新颖的研究领域。本研究的主要目标是通过整合实验研究和定量方法,对生物系统的复杂过程有更基本的了解。上皮-间充质转化(EMT)是一种生物学过程,其中上皮细胞经历多种生化变化并采用间充质特征,包括增强的迁移能力、侵袭力和对凋亡的抗性。这种转变是胚胎发育、伤口愈合和转移过程中的关键过程。此外,最近的研究已经将EMT与正常和肿瘤细胞群体中的干细胞样特征的获得联系起来。组织微环境因素,如缺氧条件,也可以诱导细胞中的EMT。缺氧诱导的转变似乎伴随着Akt和随后的下游信号的激活增加。此外,线粒体产生的活性氧在缺氧过程中增加,导致EMT的诱导。此外,癌症干细胞表型受微环境因素缺氧和酸性调节。该提案旨在采用综合方法提供EMT,干细胞和组织微环境之间联系的三方面研究。现有的实验数据将与现有的和新的数学模型相结合,以研究缺氧,酸性和EMT对干细胞特性的影响。这些数学模型的范围从确定性和随机微分方程的数值模拟系统。本研究旨在研究(1)组织微环境因素对EMT和SC的影响,(2)细胞代谢和抗氧化剂对EMT的作用,以及(3)EMT,SC和其他相关途径之间的分子联系。
项目成果
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