MicroRNA时空特异性表达在神经干细胞分化中的复杂动力学研究
批准号:
12062027
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
38.0 万元
负责人:
闫芳
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫芳
中文摘要
研究发现microRNA(miRNA)参与神经干细胞分化调控时呈现出时空特异性表达的特性,在神经退行性疾病、脑肿瘤发展过程中发挥重要调节作用。Science杂志两次把miRNA归结为重大科学研究课题。本项目拟以神经系统基因表达数据为基础,根据miRNA时空特异性表达特征,构建神经干细胞分化的基因调控网络,识别提炼重要网络模体、功能模块和信号通路。结合生化反应及生物实验结果,借助计算机软件,构建基于复杂网络的偏微分方程组时空动力学模型。用复杂网络、动力学和控制理论研究其网络拓扑结构及多种重要动力学行为,重点讨论miRNA时空特异性表达对应的网络结构演化特征和基于动态网络的动力系统多稳态和分叉性质,同时考虑时滞因素和扩散效应的影响。并用这些研究结果解释miRNA时空特异性表达对神经干细胞分化生物开关的重要调控机制,以及在神经系统退行性疾病中的调控机制,最终提出相应的调控策略。
英文摘要
Recent biology researches indicated that microRNA(miRNA) showed spatiotemporal specific expression characteristics when participating in the regulation of neural stem cell differentiation, and played an important regulatory role in the development of neurodegenerative diseases and brain tumors. The journal Science has twice identified miRNA as a major scientific research topic. Based on the gene expression data of the nervous system and spatiotemporal specific expression characteristics of miRNA, this project will construct neural stem cell gene regulatory network, and identify important network motifs, functional modules and signaling pathways. Then, a spatiotemporal dynamic model based on complex network and constructed by partial differential equations will be proposed via computer software combined with biochemical reactions and the results of biological experiments. The network topology and various important dynamic behaviors will be studied by complex network and dynamics and control theory. This project will focus on the evolution characteristics of the network structure corresponding to the spatiotemporal specific expression of miRNA and the multi-steady-state and bifurcation properties of the dynamic system based on the dynamic network, while considering the time-delay factor and the diffusion effect. Finally, the important regulatory mechanisms of miRNA spatiotemporal specific expression on neural stem cell differentiation and neurodegenerative diseases will be explained and corresponding regulation strategy will be proposed according to the above theoretical results.
本项目以神经系统基因表达数据为基础,聚焦于miRNA时空特异性表达特征,构建了神经干细胞分化的基因调控网络,识别并提炼了重要网络模体、功能模块和信号通路。结合生化反应及生物实验结果,借助计算机软件,构建了基于复杂网络的偏微分方程组时空动力学模型。通过复杂网络、动力学和控制理论,深入研究了网络拓扑结构及其多种重要动力学行为,重点探讨了miRNA时空特异性表达对应的网络结构演化特征、动力系统的多稳态和分叉性质,并考虑了时滞因素和扩散效应的影响。这些研究结果不仅解释了miRNA时空特异性表达对神经干细胞分化生物开关的重要调控机制,还揭示了其在神经系统退行性疾病中的调控机制,最终提出了相应的调控策略。在神经科学领域,项目成果为理解神经系统发育和相关疾病的发病机制提供了新的理论基础。在医学应用方面,项目开发的DARLNet深度学习模型通过结合卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)的优势,显著提升了癫痫发作检测的准确性和效率,为癫痫的智能监测和临床诊断提供了有力的技术支持。在药物研发领域,项目构建的基于时间延迟的p53信号通路动力学模型,深入分析了时间延迟和药物剂量对细胞命运的影响。此外,项目开发的TLSA药物筛选模型在化合物的吸收、分布、代谢、排泄和毒性(ADMET)特性预测方面表现出色,为提高药物研发效率和降低成本提供了新的工具。在微生物研究方面,项目揭示了微生物群落中噪声传播和放大机制,为理解耐药性发展和优化抗微生物治疗策略提供了新的视角。这些成果不仅在理论上深化了对神经发育、疾病机制和药物作用的理解,还为癫痫智能监测、药物研发效率提升和抗菌策略改进提供了重要的技术支持和应用前景,为相关领域的进一步研究和实际应用奠定了坚实的基础。项目实施期间,累计发表SCI检索论文9篇,项目组获批省级、厅级科技创新团队,1人获得省政府特殊津贴,1人获得省级中青年学术技术带头人称号,培养了17名硕士研究生,其中3人继续攻读博士研究生,获批1项专利。
行为关联基因调控网络与神经元网络耦合的多尺度复杂系统建模及动力学控制研究
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批准号:12162032
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:38万元
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批准年份:2021
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负责人:闫芳
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依托单位:
MicroRNA和转录因子共调控模型的构建及其动力学功能分析
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批准号:11762022
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:46.0万元
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批准年份:2017
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负责人:闫芳
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依托单位:
MicroRNA和转录因子合作调控基因网络的动力学分析
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批准号:11526182
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项目类别:数学天元基金项目
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资助金额:3.0万元
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批准年份:2015
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负责人:闫芳
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依托单位:
国内基金
海外基金