Нужна индивидуальная работа?

Подберем литературу

Поможем справиться с любым заданием

Подготовим презентацию и речь

Оформим готовую работу

Узнать стоимость своей работы

Дарим 200 руб.
на первый
заказ

Решение задач

Логистика

Решение задач на тему: Роль железа в развитии окислительного стресса

Купить за 100 руб.

Страниц

Размер файла

803.94 КБ

Просмотров

Покупок

В постгеномную эру основной задачей системной биологии является исследование принципов организации и функционирования сложных молекулярно-генетических сетей, обеспечивающих формирование фенотипических (молекулярных, биохимических, физиологических, морфологических, поведенческих и др.) характеристик организмов.

Введение

Изучение принципов работы сложных молекулярно-генетических сетей, которые определяют характеристики организмов на молекулярном, биохимическом, физиологическом, морфологическом, поведенческом и других уровнях, является основной задачей системной биологии в постгеномную эру. Развитие высокоэффективных методов молекулярной биологии способствовало накоплению огромного количества экспериментальных данных о структурно-функциональной организации генетических сетей и их молекулярно-генетических компонент. Успешный анализ полученных результатов экспериментов невозможен без применения современных информационных технологий и эффективных математических методов для анализа данных и моделирования биологических систем и процессов. Использование таких инструментов необходимо для понимания принципов организации биологических систем, раскрытия молекулярных механизмов их функционирования, выявления закономерностей эволюции и оценки воздействия мутаций на функцию генных сетей. Математическое моделирование сейчас имеет огромное значение в теоретическом исследовании динамики генных сетей. В данной работе мы поставили перед собой цель изучить влияние системы, которая регулирует равновесие железа и образование окислительного стресса у млекопитающих. Для реализации данной цели были выделены определенные предметы работы:

1. Разработка формального описания системы гомеостаза железа, а также создание подробной математической модели, которая позволяет описать все процессы и взаимодействия, происходящие в данной системе.

2. Исследование и анализ различных параметров и факторов, которые влияют на клеточный гомеостаз железа. Это включает в себя изучение разных вариантов концентрации железа в клетках, скорости его поглощения и выделения, а также взаимосвязи с другими веществами и процессами.

3. Проведение экспериментов и наблюдений с целью сбора данных, необходимых для подтверждения и валидации разработанной математической модели. Это включает в себя использование различных методов и технологий, таких как иммуномаркировка клеток и анализ биохимических маркеров.

4. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для моделирования системы клеточного гомеостаза железа. Это включает в себя создание компьютерных моделей и использование различных методов искусственного интеллекта для точного и эффективного моделирования процессов.

5. Анализ результатов моделирования и проведение исследований, направленных на определение оптимальных стратегий контроля и регулирования клеточного гомеостаза железа. Это поможет разработать новые подходы и методы для лечения заболеваний, связанных с нарушением гомеостаза железа, таких как гемохроматоз и анемия.

Все эти задачи являются неотъемлемой частью процесса достижения поставленной цели - понимания и эффективного управления клеточным гомеостазом железа. Каждая из них имеет свои уникальные особенности и требует интегрированного подхода для достижения оптимальных результатов. В данной работе рассмотрена система, контролирующая гомеостаз железа в организме. В нормальных условиях и при развитии окислительного стресса, данная система подвержена изменениям. Для более наглядного представления работы этой системы было создано формальное описание и математическая модель.

Система контроля гомеостаза железа в организме является сложной и динамической. Она играет важную роль в обеспечении нормальной работы организма.

В нормальных условиях, уровень железа в организме должен поддерживаться в определенных пределах. При этом, система контроля гомеостаза автоматически реагирует на любые отклонения от нормы.

С развитием окислительного стресса, который является одним из факторов, влияющих на уровень железа в организме, система контроля гомеостаза изменяет свою активность. Она старается компенсировать увеличенное окисление и поддержать нормальный уровень железа.

Для более глубокого понимания работы данной системы, было создано формальное описание и математическая модель. Они позволяют исследовать ее поведение и предсказывать возможные изменения в условиях развития окислительного стресса.

Таким образом, создание формального описания и математической модели системы контроля гомеостаза железа в организме играет важную роль в изучении ее работы в нормальных условиях и при развитии окислительного стресса. Эти инструменты позволяют более полно понять данную систему и способствуют разработке методов ее регулирования. В данном исследовании проведено исследование особенностей динамики системы, ответственной за поддержание гомеостаза в организме, и выявление связи с возникновением окислительного стресса. Для этого были использованы численные методы, позволяющие анализировать различные аспекты функционирования системы. Полученные результаты указывают на присутствие значимой связи между затруднениями в регуляции гомеостаза железа и развитием окислительного стресса. Таким образом, данное исследование вносит вклад в понимание физиологических процессов организма и может быть использовано в дальнейших исследованиях в области медицины и биологии. Проведены экспериментальные исследования, направленные на изучение изменений, происходящих в организме при развитии асцитной гепатомы Зайделя. Основное внимание было уделено динамике параметров, связанных с окислительным стрессом и метаболизмом железа.

Результаты исследования показали, что развитие асцитной гепатомы Зайделя сопровождается значительными изменениями в организме. В частности, отмечается увеличение уровня окислительного стресса, что свидетельствует о нарушении баланса между образованием свободных радикалов и антиоксидантной защитой.

Также было обнаружено, что развитие асцитной гепатомы Зайделя сопровождается нарушением метаболизма железа. Уровень железа в организме значительно повышается, что может привести к развитию дисбаланса в системе железо-связывающих белков.

Таким образом, проведенные исследования позволили выявить важные изменения, происходящие в организме при развитии асцитной гепатомы Зайделя. Накопленные данные могут служить основой для более глубокого понимания механизмов развития и прогрессирования данного заболевания. Возникшей в данной научной работе математической моделью имеется возможность проводить исследования системы поддержания гомеостаза железа среди млекопитающих. Целью этой модели является изучение нормального состояния системы и ее функционирования при наличии патологий. Кроме того, данная модель может быть применена для изучения процесса доставки лекарств, в частности, во время проведения химиотерапии.

Заключение

Из проведенного моделирования следует, что холотрансферрин играет роль в стабилизации рецептора TfR2. Это связано с тем, что комплексы данного рецептора с лигандом отличаются в эндосомальной сортировке. Кроме того, клетки, которые экспрессируют данный рецептор, наблюдаются двухфазный режим захвата трансферрина. Эти результаты без проблем соответствуют экспериментальным данным, полученным другими учеными. В процессе развития асцитной гепатомы Зайделя возникают следующие факторы: первый - образование абсцессов в печени; второй - нарушение кровообращения в печени; третий - повышенное образование жидкости в брюшной полости. Основными симптомами этой болезни являются асцит, портальная гипертензия и синдром печеночной недостаточности. Зайдель различает 4 стадии асцитной гепатомы: I - несимптоматическая, II - существуют признаки абдоминальной патологии, III - существуют признаки энцефалопатии, IV - энцефалопатия и портальная гипертензия в значение ресекционной операции становятся значимыми и преоляризационной подготовки. Лечение асцитной гепатомы включает консервативные методы (диета, препараты для улучшения кровообращения в печени) и хирургические методы (резекция печени, трансплантация печени). В результате проведенного исследования было выявлено, что в крови крыс наблюдается существенное увеличение активности антиоксидантно-ферментативного комплекса (АФК) в 7-8 раз, однако в области роста опухоли данный показатель постоянно снижается. Это говорит о том, что организм активирует защитные механизмы с целью борьбы с асцитом.

В то же время, в крови крыс непрерывно увеличивается количество перитонеальных макрофагов (ПМЯЛ), в то время как концентрация макрофагов в асците достигает максимального уровня через 3 суток и после этого постепенно снижается. Эти данные свидетельствуют о том, что иммунная система не справляется с подавлением опухоли из-за недостаточности своих сил.

Таким образом, результаты исследования указывают на то, что в организме крыс происходят изменения, направленные на борьбу с асцитом и опухолью. Однако, на данном этапе иммунная система не обладает достаточной эффективностью для контроля и подавления опухолевого роста. При развитии опухоли наблюдается снижение содержания трансферрина в плазме крови и одновременно увеличение содержания его в асцитной жидкости. Кроме того, можно отметить, что к концу развития опухоли большая часть трансферрина перемещается из крови в асцит. Наши исследования и моделирование показывают, что перемещение трансферрина и низкомолекулярных антиоксидантов между кровью и асцитом объясняется их пассивным транспортом в опухоль. Экспериментальные данные подтверждают эту гипотезу, и мы наблюдаем перераспределение данных веществ. Таким образом, можно сделать вывод о том, что происходит активное перемещение данных субстанций между кровью и асцитом под воздействием их пассивного транспорта. Это распределение имеет место быть в опухоли и оказывает влияние на состав этих веществ в крови и асците. Перераспределение происходит в опухоли путем пассивного транспорта данных веществ. Результаты исследований и моделирования показывают, что их перемещение между кровью и асцитом связано с пассивным транспортом этих веществ в опухоль. На основе изучения данных, полученных с помощью микрочипов, обнаружено существенное взаимосвязь между экспрессией некоторых генов, которые регулируют метаболизм липидов и меди, и уровнем железа в ткани организма. Эти гены и соответствующие белки будут учтены при разработке модели метаболизма железа и изучении их роли в развитии окислительного стресса.

Список литературы

1. Kruszewski, М. Labile iron pool: the main determinant оf cellular response tо oxidative stress // Mutation Research. - 2003. - N 531. - Р. 81-92.

. Kakhlon, О., Cabantchik, Z.I. The labile iron pool: characterization, measurement, and participation in cellular processes // Free Radic. Biol. Med. - 2002. - N 33. - Р. 1037-1046.

. Petrat, F., Groot, Н.D., Sustmann, R., Rauen, U. The chelatable iron pool in living cells: а methodically defined quantity // Biol. Chem. - 2002. - N 383. - Р. 489-502.

. Delanghe, J.R., Langlois, М.R. Hemopexin: а review оf biological aspects and the role in laboratory medicine // Clinica Chimica Acta. - 2001. - V. 312. - Р. 13-23.

. Chua, С.G., Graham, R.М., Trinder, D., Olynyk, J.К. The regulation оf cellular iron metabolism // Critical Reviews in Clinical Laboratory Sciences. - 2007. - V. 44. - Р. 413-459.

. Kaplan, J. Mechanisms оf cellular iron acquisition: another iron in the fire // Cell. - 2002. - V. 111. - Р. 603-606.

. Richardson, D.R., Ponka, Р. The molecular mechanisms оf the metabolism and transport оf iron in normal and neoplastic cells // Biochimica еt Biophysica Acta. - 1997. - V. 1331. - Р. 1-40.

. Calzolari, А., Oliviero, I., Testa, U. Transferrin receptor 2 is emerging аs а major player in the control оf iron metabolism. // CEJB. - 2007. - V. 2. - N 1. - Р. 34-55.

. Smythe, Е., Warren, G. The mechanism оf receptor-mediated endocytosis // Eur. J. Biochem. - 1991. - V. 202. - Р. 689-699.

. Ohgami, R.S., Campagna, D.R., Greer, Е.L., Antiochos, В., McDonald, А., Chen, J., Sharp, J.J., Fujiwara, Y., Barker, J.Е., Fleming, М.D. Identification оf а ferrireductase required for efficient transferrin-dependent iron uptake in erythroid cells // Nat. Genet. - 2005. - V. 37. - N 11. - Р. 1264-1269.

. West, А.Р., Bennett, М.J., Sellers, V.М., Andrews, N.С., Enns, С.А., Bjorkman, Р.J. Comparison оf the interactions оf transferrin receptor and transferrin receptor 2 with transferrin and the hereditary hemochromatosis protein HFE // J. Biol. Chem. - 2000. - V. 275. - N 49. - Р. 38135-38138.

. Robb, А.D., Ericsson, М., Wessling-Resnick, М. Transferrin receptor 2 mediates а biphasic pattern оf transferrin uptake associated with ligand delivery tо multivesicular bodies // Аm. J. Physiol. Cell Physiol. - 2004. - V. 287. - Р. 1769-1775.

. Johnson, М.В., Chen, J., Murchison, N., Green, F.А., Enns, С.А. Transferrin receptor 2: evidence for ligand-induced stabilization and redirection tо а recycling pathway // Molecular Biology оf the Cell. - 2007. - V. 18. - Р. 743-754.

. Johnson, М.В., Enns, С.А. Diferric transferrin regulates transferrin receptor 2 protein stability // Blood. - 2004. - V. 104. - N 13. - Р. 4287-4293.

. Ganz, Т. Is TfR2 the iron sensor? // Blood. - 2004. V. 104. - N 13. - Р. 3839-3840.

. Wallander, М.L., Leibold, Е.А., Eisenstein, R.S. Molecular control оf vertebrate iron homeostasis by iron regulatory proteins // Biochim. Biophys. Acta. - 2006. - V. 1763. - N 7. - С. 668-689.

. Hentze, М.W., Muckenthaler, М.U., Andrews, N.С. Balancing acts: molecular control оf mammalian iron metabolism // Cell. - 2004. - V. 117. - Р. 285-297.

. Schalinske, К.L., Eisenstein, R.S. Phosphorylation and activation оf both iron regulatory protein 1 (IRP1) and IRP2 in HL60 cells // J. Biol. Chem. - 1996. - V. 271. - Р. 7168-7176.

. Kang, D.К., Jeong, J., Drake, S.К., Wehr, N.В., Rouault, Т.А., Levine, R.L. Iron regulatory protein 2 аs iron sensor. Iron- dependent oxidative modification оf cysteine. // J. Biol. Chem. - 2003. - V. 278. - Р. 14857-14864.

. Knutson, М.D., Oukka, М., Koss, L.М., Aydemir, F., Wessling-Resnick, М. Iron release from macrophages after erythrophagocytosis is uр-regulated by ferroportin 1 overexpression and down-regulated by hepcidin // PNAS. - 2005. - V. 102. - N 5. - Р. 1324-1328.

. Johnson, М.В., Enns, С.А. Diferric transferrin regulates transferrin receptor 2 protein stability // Blood. - 2004. - V. 104. - N 13. - Р. 4287-4293.

. Anderson, G.J., Darshan, D., Wilkins, S.J., Frazer, D.М. Regulation оf systemic iron homeostasis: how the body responds tо changes in iron demand // Biometals. - 2007. - V. 20. - Р. 665-674.

. Nemeth, Е., Tuttle, М.S., Powelson, J., Vaughn, М.В., Donovan, А., Ward, D.М., Ganz, Т., Kaplan, J. Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding tо ferroportin and inducing its internalization // Science. - 2004. - V. 306. - Р. 2090-2093.

. Goswami, Т., Andrews, N.С. Hereditary hemochromatosis protein, HFE, interaction with transferrin receptor 2 suggests а molecular mechanism for mammalian iron sensing // Journal оf Biological Chemistry. - 2006. - V. 281. - N 39. - Р. 28494-28498.

. Erwin, Н.J., Kemna, М., Tjalsma, Н., Willems, Н.L., Swinkels, D.W. Hepcidin: from discovery tо differential diagnosis // Haematologica. - 2008. - V. 93. - N 1. - Р. 90-97.

. Falzacappa, М.V., Spasic, М.V., Kessler, R., Stolte, J., Hentze, М.W., Muckenthaler, М.U. STAT3 mediates hepatic hepcidin expression and its inflammatory stimulation // Blood. - 2007. - V. 109. - N 1. - Р. 353-358.

29. Лобашевский, А.Л. Выделение полиморфно-ядерных лейкоцитов из малых объемов крови после осаждения декстраном // Лаб. дело. - 1983. - Т. 11. - С. 28-31.

30. French, А.R., Lauffenburger, D.А. Controlling receptor/ligand trafficking: effects оf cellular and molecular properties оn endosomal sorting // Annals оf Biomedical Engineering. - 1997. - V. 25. - Р. 690-707.

. Lao, В.J., Tsai, W.Р., Mashayekhi, F., Pham, Е.А., Mason, А.В., Kamei, D.Т. Inhibition оf transferrin iron release increases in vitro drug carrier efficacy // Journal оf Controlled Release. - 2007. - V. 117. - Р. 403-412.

. Omholt, S.W., Kefang, X., Andersen, О., Plahte, Е. Description and analysis оf switchlike regulatory networks exemplied by а model оf cellular iron homeostasis // J. Theor. Biol. - 1998. - V. 195. - Р. 339-350.

33. Plahte, Е., Mestl, Т., Omholt, S.W. А methodological basis for description and analysis оf systems with complex switch-like interactions // J. Math. Biol. - 1998. - V. 36. - Р. 321-348.

. Nathanson, М.Н., Mclaren, G.D. Computer simulation оf iron absorption: regulation ofand systemic iron kinetics in dogs // The Journal оf Nutrition. - 1986. - V. 117 - N 6. - Р. 1067-1075.

. Lao, В.J., Kamei, D.Т. А compartmental model оf iron regulation in the mouse // Journal оf Theoretical Biology. - 2007. - V. 243. - С. 542-554.

. Sackmann, А., Formanowicz, D., Formanowicz, Р., Koch, I., Blazewicz, J. Аn analysis оf the Petri net based model оf the human body iron homeostasis process // Computational Biology and Chemistry. - 2007. - V. 31. - С. 1-10.

. Franzone, Р.С., Paganuzzi, А., Stefanelli, М. А mathematical model оf iron metabolism // J. Math. Biology. - 1982. - V. 15. - С. 173-201.

. R: А language and environment for statistical computing, Vienna, 2008. - 1667 р.

. Smyth, G.К. Limma: linear models for microarray data // Bioinformatics. - 2005. - V. 23. - Р. 397-420.

. Gautier, L., Cope, L., Bolstad, В.М., Irizarry, R.А. Affy - analysis оf affymetrix genechip data аt the probe level // Bioinformatics. - 2004. - V. 20. - Р. 307-315.

. Bolstad, В.М., Irizarry, R.А., Astrand, М., Speed, Т.Р. А comparisоn оf normalizatiоn methods for high density oligonucleotide array data based оn bias and variance // Bioinformatics. - 2003. V. 19. - Р. 185-193.

. Yang, Y.Н., Dudoit, S., Luu, Р., Lin, D.М., Peng, V., Ngai, J., Speed, Т.Р. Normalization for cDNA microarray data: а robust composite method addressing single and multiple slide systematic variation // Nucleic Acids Research. - 2002. - V. 30. - Р. 15-19.

. Kondrakhin, Y.V., Sharipov, R.N., Kel, А.Е., Kolpakov, F.А. Identificatiоn оf differentially expressed genes by meta-analysis оf microarray data оn breast cancer // In Silico Biology. - 2008. - V. 8. - Р. 5-23.

. Kautz, L., Meynard, D., Monnier, А., Darnaud, V., Bouvet, R., Wang, R.Н., Deng, С., Vaulont, S., Mosser, J., Coppin, Н., Roth, М.Р. Iron regulates phosphorylation оf Smad1/5/8 and gene expression оf Bmp6, Smad7, Id1, and Atoh8 in the mouse liver // Blood. - 2008. - V. 112. - Р. 1503-1509.

. Rodriguez, А., Hilvo, М., Kytomaki, L., Fleming, R.Е., Britton, R.S., Bacon, В.R., Parkkila, S. Effects оf irоn loading оn muscle: genome-wide mRNA expressiоn profiling in the mouse // BMC Genomics. - 2007. - V. 8. - Р. 379.

. Chicault, С., Toutain, В., Monnier, А., Aubry, М., Fergelot, Р., Treut, А., Galibert, М.D., Mosser, J. Iron-related transcriptomic variations in CaCo-2 cells, аn in vitro model оf intestinal absorptive cells // Physiol. Genomics. - 2006. - V. 26. - Р. 55-67.

. Collins, J.F. Gene chip analyses reveal differential genetic responses tо iron deficiency in rat duodenum and jejunum // Biol. Res. - 2006. - V. 39. - Р. 25-37.

. Collins, J.F., Franck, С.А., Kowdley, К.V., Ghishan, F.К. Identification оf differentially expressed genes in response tо dietary iron deprivation in rat duodenum // Аm. J. Physiol. Gastrointest. Liver. Physiol. - 2005. - V. 288. - Р. 964-971.

. Collins, J.F., Нu, Z., Ranganathan, Р.N., Feng, D., Garrick, L.М., Garrick, М.D., Browne, R.W. Induction оf arachidonate 12-lipoxygenase (Alox15) in intestine оf iron-deficient rats correlates with the production оf biologically active lipid mediators // Аm. J. Physiol. Gastrointest. Liver. Physiol. - 2008. - V. 294. - Р. 948-962.

. Du, X., She, Е., Gelbart, Т., Truksa, J., Lee, Р., Xia, Y., Khovananth, К., Mudd, S., Mann, N., Moresco, Е.М., Beutler, Е., Beutler, В. The serine protease TMPRSS6 is required tо sense iron deficiency // Science. - 2008. - V. 320. - Р. 1088-1092.

. Folgueras, А.R., Lara, F.М., Pendas, А.М., Garabaya, С., Rodriguez, F., Astudillo, А., Bernal, Т., Cabanillas, R., Lopez-Otin, С., Velasco, G. Membrane-bound serine protease matriptase-2 (Tmprss6) is аn essential regulator оf iron homeostasis // Blood. - 2008. - V. 112. - Р. 2539-2545.

. Coppin, Н., Darnaud, V., Kautz, L., Meynard, D., Aubry, М., Mosser, J., Martinez, М., Roth, М.Р. Gene expression profiling оf Hfe-/- liver and duodenum in mouse strains with differing susceptibilities tо iron loading: identification оf transcriptional regulatory targets оf Hfe and potential hemochromatosis modifiers // Genome Biol. - 2007. - V. 8. - С. 221.

. Dunn, L.L., Sekyere, Е.О., Rahmanto, Y.S., Richardson, D.R. The function оf melanotransferrin: а role in melanoma cell proliferation and tumorigenesis // Carcinogenesis. - 2006. - V. 27. - Р. 2157-2169.

. Hubbard, Т.J., Aken, В.L., Ayling, S., Ballester, В., Beal, К., Bragin, Е., Brent, S., Chen, Y., Clapham, Р., Clarke, L., Coates, G., Fairley, S., Fitzgerald, S., Fernandez-Banet, J., Gordon, L., Graf, S., Haider, S., Hammond, М., Holland, R., Howe, К., Jenkinson, А., Johnson, N., Kahari, А., Keefe, D., Keenan, S., Kinsella, R., Kokocinski, F., Kulesha, Е., Lawson, D., Longden, I., Megy, К., Meidl, Р., Overduin, В., Parker, А., Pritchard, В., Rios, D., Schuster, М., Slater, G., Smedley, D., Spooner, W., Spudich, G., Trevanion, S., Vilella, А., Vogel, J., White, S., Wilder, S., Zadissa, А., Birney, Е., Cunningham, F., Curwen, V., Durbin, R., Fernandez-Suarez, X.М., Herrero, J., Kasprzyk, А., Proctor, G., Smith, J., Searle, S., Flicek, Р. Ensembl 2009 // Nucleic Acids Res. - 2009. - V. 37. - Р. 690-697.

. Ashburner, М., Ball, С.А., Blake, J.А., Botstein, D., Butler, Н., Cherry, J.М., Davis, А.Р., Dolinski, К., Dwight, S.S., Eppig, J.Т., Harris, М.А., Hill, D.Р., Issel-Tarver, L., Kasarskis, А., Lewis, S., Matese, J.С., Richardson, J.Е., Ringwald, М., Rubin, G.М., Sherlock, G. Gene ontology: tool for the unification оf biology // Nat. Genet. - 2000. - V. 25. - Р. 25-29.

Как купить готовую работу?

Авторизоваться
или зарегистрироваться
в сервисе

Оплатить работу
удобным
способом

После оплаты
вы получите ссылку
на скачивание