Mô hình toán trong nghiên cứu gene liên quan đến g
Một nghiên cứu liên ngành của GS Daniel Forger được đón nhận rộng rãi trong giới khoa học. Forger, người vừa mới vào làm ở Khoa Toán, trong đề án nghiên cứu Toán Sinh, đang nghiên cứu về lĩnh vực chu kỳ ngày đêm và đồng hồ sinh học. Phần chính của nghiên cứu của anh là xây dựng một mô hình Hóa Sinh chi tiết cho đồng hồ nhịp ngày đêm nội bào của tế bào động vật có vú. Cho tới nay mô hình này là mô hình chi tiết và thực tế nhất đang có. Forger đã sử dụng mô hình của mình trong một nghiên cứu gần đây với các cộng sự từ Viện Ung thư của ĐH Utah. Nghiên cứu cho thấy hiệu ứng của một đột biến ở một gene chủ đạo trong điều hòa chu trình ngủ/thức ở động vật có vú hoạt động ngược lại hoàn toàn so với những gì được quan niệm trước đây.
Một bài báo về chủ đề này đã xuất hiện trong số 11/7 ở Tập san Viện Hàn Lâm Khoa Học Mỹ. Cơ thể của động vật có vú ?biết được giờ ?giấc bằng cách thường xuyên cảm nhận nồng độ của một protein gọi là PER trong cơ thể. Các công ty dược vẫn không ngừng nghiên cứu các phương thức để điều chỉnh mức độ ?PER trong cơ thể để chữa các chứng rối loạn giấc ngủ và các rối loạn khác bị tác động bởi đồng hồ sinh học. Sự phân hủy PER được điều hòa bởi một protein khác gọi là CK1e, mà sự tổng hợp được điều khiển bởi gene casein kinase 1 hay CK1. Ban đầu người ta nghĩ rằng một đột biến gọi là "tau" gây ra sự tổng hợp protein CK1e mang lỗi, khiến protein này phân hủy PER chậm hơn bình thường, gây ra sự tích lũy protein này trong cơ thể. Sự tích lũy này được cho là làm đồng hồ trong cơ thể động vật có vú quay nhanh hơn, làm cho thời gian một ngày trở nên ngắn hơn. Các mô ?hình của Forger luôn luôn cho kết quả ngược lại với quan niệm phổ biến-tức PER phải phân hủy nhanh hơn khi có mặt đột biến. Forger nói "tôi đã dự đoán điều này 1 hay 2 năm trước, nhưng mọi người đều nói cái này là vớ vẩn, anh là một nhà Toán học, anh biết cái gì...". Mô hình máy tính của Forger giải một hệ ?gồm 50 phương trình vi phân. Số lượng các phương trình lớn như vậy là do PER có nhiều trạng thái và nhiều protein khác có thể gắn với PER để điều hòa hoạt động của ?nó. Mỗi khi có thêm một protein mới, hay một trạng thái mới số phương trình tăng lên rất ?lớn, thậm chí là gấp đôi. Anh cũng đã chứng minh được dự đoán này bằng một mô hình tuyến tính đơn mà từ đó ta có thể rút ra công thức cho tác dụng của tau trong khoảng thời gian dự đoán. Forger gặp David Virshup, một bác sĩ khi đang tiến hành thỉnh giảng ở ?ĐH Utah. Các nghiên cứu trước đó của Virrshup là về gene liên quan đến chu trình ngày đêm và vai trò của nó trong sự hình thành ung thư. Các thí nghiệm của họ cũng đã gợi ý rằng đột biến làm cho protein phân hủy nhanh hơn. Virshup đề nghị thử nghiệm chương trình mô phỏng của Forger. ?Nghiên cứu cmowis này đã chứng minh đột biến tau không làm chậm sự phân hủy PER mà còn đẩy nhanh nó. Thiếu PER làm ngày ngắn lại ở những đối tượng bị mang gene đột biến. Các nhà nghiên cứu quan sát các tế bào nuôi cấy và thấy rằng đối với những tế bào có gene đột biến protein này chỉ mất vài giờ để phân hủy, trong khi ở gene bình thường cần 8-10 giờ. Những phát hiện này sẽ có một tác động đến việc phát triển các loại thuốc mới đề điều trị các rối loạn như mất ngủ, trầm cảm và các rối loa liên quan đến đồng hồ sinh học. Forger bắt đầu làm việc ở Khoa Toán vào 9/2005. Anh lấy bằng tiến sĩ ở Viện Toán Ứng dụng ?Courant ở ĐH New York, nhận học bổng ?Sloan ở ĐH New York về Sinh học phân tử tính toán.
Theo nguồn: Newsletter of the Department of Mathematics at the University of Michigan 2006
Một nghiên cứu liên ngành của GS Daniel Forger được đón nhận rộng rãi trong giới khoa học. Forger, người vừa mới vào làm ở Khoa Toán, trong đề án nghiên cứu Toán Sinh, đang nghiên cứu về lĩnh vực chu kỳ ngày đêm và đồng hồ sinh học. Phần chính của nghiên cứu của anh là xây dựng một mô hình Hóa Sinh chi tiết cho đồng hồ nhịp ngày đêm nội bào của tế bào động vật có vú. Cho tới nay mô hình này là mô hình chi tiết và thực tế nhất đang có. Forger đã sử dụng mô hình của mình trong một nghiên cứu gần đây với các cộng sự từ Viện Ung thư của ĐH Utah. Nghiên cứu cho thấy hiệu ứng của một đột biến ở một gene chủ đạo trong điều hòa chu trình ngủ/thức ở động vật có vú hoạt động ngược lại hoàn toàn so với những gì được quan niệm trước đây.
Một bài báo về chủ đề này đã xuất hiện trong số 11/7 ở Tập san Viện Hàn Lâm Khoa Học Mỹ. Cơ thể của động vật có vú ?biết được giờ ?giấc bằng cách thường xuyên cảm nhận nồng độ của một protein gọi là PER trong cơ thể. Các công ty dược vẫn không ngừng nghiên cứu các phương thức để điều chỉnh mức độ ?PER trong cơ thể để chữa các chứng rối loạn giấc ngủ và các rối loạn khác bị tác động bởi đồng hồ sinh học. Sự phân hủy PER được điều hòa bởi một protein khác gọi là CK1e, mà sự tổng hợp được điều khiển bởi gene casein kinase 1 hay CK1. Ban đầu người ta nghĩ rằng một đột biến gọi là "tau" gây ra sự tổng hợp protein CK1e mang lỗi, khiến protein này phân hủy PER chậm hơn bình thường, gây ra sự tích lũy protein này trong cơ thể. Sự tích lũy này được cho là làm đồng hồ trong cơ thể động vật có vú quay nhanh hơn, làm cho thời gian một ngày trở nên ngắn hơn. Các mô ?hình của Forger luôn luôn cho kết quả ngược lại với quan niệm phổ biến-tức PER phải phân hủy nhanh hơn khi có mặt đột biến. Forger nói "tôi đã dự đoán điều này 1 hay 2 năm trước, nhưng mọi người đều nói cái này là vớ vẩn, anh là một nhà Toán học, anh biết cái gì...". Mô hình máy tính của Forger giải một hệ ?gồm 50 phương trình vi phân. Số lượng các phương trình lớn như vậy là do PER có nhiều trạng thái và nhiều protein khác có thể gắn với PER để điều hòa hoạt động của ?nó. Mỗi khi có thêm một protein mới, hay một trạng thái mới số phương trình tăng lên rất ?lớn, thậm chí là gấp đôi. Anh cũng đã chứng minh được dự đoán này bằng một mô hình tuyến tính đơn mà từ đó ta có thể rút ra công thức cho tác dụng của tau trong khoảng thời gian dự đoán. Forger gặp David Virshup, một bác sĩ khi đang tiến hành thỉnh giảng ở ?ĐH Utah. Các nghiên cứu trước đó của Virrshup là về gene liên quan đến chu trình ngày đêm và vai trò của nó trong sự hình thành ung thư. Các thí nghiệm của họ cũng đã gợi ý rằng đột biến làm cho protein phân hủy nhanh hơn. Virshup đề nghị thử nghiệm chương trình mô phỏng của Forger. ?Nghiên cứu cmowis này đã chứng minh đột biến tau không làm chậm sự phân hủy PER mà còn đẩy nhanh nó. Thiếu PER làm ngày ngắn lại ở những đối tượng bị mang gene đột biến. Các nhà nghiên cứu quan sát các tế bào nuôi cấy và thấy rằng đối với những tế bào có gene đột biến protein này chỉ mất vài giờ để phân hủy, trong khi ở gene bình thường cần 8-10 giờ. Những phát hiện này sẽ có một tác động đến việc phát triển các loại thuốc mới đề điều trị các rối loạn như mất ngủ, trầm cảm và các rối loa liên quan đến đồng hồ sinh học. Forger bắt đầu làm việc ở Khoa Toán vào 9/2005. Anh lấy bằng tiến sĩ ở Viện Toán Ứng dụng ?Courant ở ĐH New York, nhận học bổng ?Sloan ở ĐH New York về Sinh học phân tử tính toán.
Theo nguồn: Newsletter of the Department of Mathematics at the University of Michigan 2006
