Русский
!

Presentations

Стохастическая модель кальциевой сигнализации в астроцитах

Браже А.Р.

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, биологический факультет, каф. Биофизики, 119234 Россия Москва Ленинские горы д. 1 стр. 12

Астроциты составляют около 50% клеток головного мозга и участвуют в механизмах синаптогенеза и синаптической пластичности, нейрососудистого сопряжения и регуляции метаболизма нейронов. Астроциты обладают кальциевой возбудимостью: повышения уровня внутриклеточного кальция запускают высвобождение трансмиттеров и ассоциированы с синхронизацией работы нейронов, динамикой локального кровотока. Целью настоящей работы было предложить простую стохастическую модель динамики кальция в астроцитах.

В модели локальная динамика концентрации кальция в каждой точке описывается авторегрессионным процессом первого порядка с переменным коэффициентом α с добавлением диффузионного обмена кальцием между соседними точками. Коэффициент авторегрессии в каждой точке представлен марковской переменной, которая может находится в одном из трех состояний: неактивное (0.9 < αn< 1), активное (αa> 1) и инактивированное (αi < αn). Переходы между состояниями {αi→αn→αa→αi} в каждой точке происходят независимо и случайно, однако вероятность перехода αn→αa зависит от локальной концентрации Ca2+. Если переменная находится в активном состоянии, локальный коэффициент авторегрессионного процесса больше 1, что соответствует положительной обратной связи и неустойчивой динамике, в то время как при неактивном и инактивированном состояниях коэффициент авторегрессионного процесса меньше единицы, что соответствует затухающей динамике. Такой локальный марковский процесс в каждой точке приближенно описывает стохастические открывания–закрывания кластеров рецепторов к IP3. Дополнительно, концентрация Ca2+ в каждой точке подвержена воздействию случайного пуассоновского процесса, моделирующего кальциевые транзиенты в астроците, сопряженные с локальной синаптической активностью в нервной ткани.

Пространственные шаблоны в распределенной модели основаны на экспериментальных изображениях астроцитов. В модели реализованы возможности учета относительного объема астроцита (astrocyte volume fraction, AVF). Значение AVF влияло на следующие параметры модели: (i) коэффициент диффузиия Ca2+, (ii) максимальное значение α в активированном состоянии, (ii) вероятность случайного Ca-транзиента и (iii) вероятность перехода в активированное состояние αa>1. Поведение реализованной модели определялось как морфологией конкретного астроцитарного шаблона, так и сочетанием параметров αmax и вероятностями процессов инактивации αa→αi и деинактивации αi→αn. Наблюдались режимы активности от локализованных повышений концентрации Ca2+ до глобальных Ca2+ волн и поддерживающейся колебательной Ca-активностм в центральной области клетки.

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533