以微分方程系統解析粒線體對細胞核傳訊的系統特性

Abstract

粒線體是一種存在於真核細胞中的半自主性胞器，擔任細胞的能量工廠和代謝樞紐，其功能仰賴於細胞核基因體的供給與維護。因此粒線體對細胞核的傳訊過程在修補粒線體上扮演重要的角色。文獻上的研究著重於傳訊過程參與的蛋白質種類，與在不同狀態下對於基因體的定性調控。然而對於此粒線體網路的通訊 性質仍所知甚少。本篇論文採取控制系統的角度，以酵母菌為模式生物，整合粒線體往細胞核傳訊的分子機制，其中包含蛋白質結合與轉錄因子進入細胞核的過程。透過酵素動力學理論，以常微分方程系統來探討粒線體訊號傳遞的過程。本論文分成三個部分，第一部分為粒線體傳訊的布林模型; 第二部分為常微分模型; 第三部分為隨機系統模型。模擬出蛋白分子濃度在粒線體損害的動態過程包含波型、頻率響應及在雜訊影響下的可靠性。進一步的模擬與演算顯示，粒線體傳訊網路為近似於一個雙穩態系統，並附加三個區域性的穩態點。此外，訊號蛋白競爭型結合的過程，是提升敏感度的機制。透過隨機模擬亦發現訊號噪訊比會隨著粒線體損傷訊號增強而減少。本論文提出了粒線體傳訊的數學模型，以定量的角度思考資訊傳遞的過程。這不僅能夠更了解粒線體往細胞核傳訊的機制，也可能應用於致病性酵母的藥物研發與投藥策略。