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专利号: 2021110295786
申请人: 深圳市第二人民医院(深圳市转化医学研究院)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-07-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法,其特征在于,包含以下步骤:

步骤1,筛选出调控软骨细胞凋亡最显著信号通路;

收集临床关节置换下的膝关节,分离软骨并进行原代培养,得到软骨细胞进行甲苯胺蓝染色鉴定,并进行传代培养;将正常的软骨细胞采用浓度为10ng/ml的IL‑1β进行诱导凋亡,并于6h,12h,18h,24h和30h检测Caspase‑3,BCL‑2和Bax的mRNA表达水平,确定软骨细胞凋亡初期和巅峰的时间点;接下来对实验进行分组,并进行高通量测序,筛选出10ng/ml的IL‑1β刺激下调控软骨细胞凋亡最显著信号通路,即:TNF信号通路;

步骤2,建立软骨细胞凋亡的数学模型;

基于步骤1中的TNF信号通路,建立各信号分子相互作用的数学模型,如下:其中, , ,……, 分别表示 时刻信号分子IL‑1β,IRAK1/4,TNF‑α,TNFR1,TRADD,TRAF2/5,RIP1,NIK,TAK1,IKKs,MKK4/7,FADD,JNK1/2,NF‑κB,ITCH,Caspase10,c‑FLIP,Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的相对浓度;

, ,……, 分别表示IL‑1β,IRAK1/4,TNF‑α,TNFR1,TRADD,TRAF2/5,RIP1,NIK,TAK1,IKKs,MKK4/7,FADD,JNK1/2,NF‑κB,ITCH,Caspase10,c‑FLIP,Caspase8和Caspase3/7表达mRNA的增长率;

,  ,……, 分别表示IL‑1β,IRAK1/4,TNF‑α,TNFR1,TRADD,TRAF2/5,RIP1,NIK,TAK1,IKKs,MKK4/7,FADD,JNK1/2,NF‑κB,ITCH,Caspase10,c‑FLIP,Caspase8和Caspase3/7的降解率;

表示IL‑1β对IRAK1/4的激活作用的激活率; 表示TNF‑α对TNFR1的激活作用的激活率; 表示TNFR1对TRADD的激活作用的激活率; 表示TRADD对TRAF2/5的激活作用的激活率; 表示TRAF2/5对RIP1的激活作用的激活率; 表示TRAF2/5对NIK的激活作用的激活率; 表示IRAK1/4对TAK1的激活作用的激活率; 表示RIP1对IKKs的激活作用的激活率; 表示TAK1对MKK4/7的激活作用的激活率; 表示TRADD对FADD的激活作用的激活率; 表示MKK4/7对JNK1/2的激活作用的激活率; 表示IKKs对NF‑κB的激活作用的激活率; 表示JNK1/2对ITCH的激活作用的激活率; 表示FADD对Caspase10的激活作用的激活率; 表示IKKs对c‑FLIP的激活作用的激活率; 表示FADD对Caspase8的激活作用的激活率; 表示Caspase10对Caspase3/7的激活作用的激活率;

表示TRAF2/5对TAK1的激活作用的激活率; 表示NIK对IKKs的激活作用的激活率; 表示NF‑κB对MKK4/7的激活作用的激活率; 表示ITCH对c‑FLIP的抑制作用的抑制率; 表示FADD对Caspase8的抑制作用的抑制率; 表示Caspase8对Caspase3/7的激活作用的激活率; 表示TAK1对IKKs的激活作用的激活率;

表示时间延迟;

步骤3,数学模型验证;

再次进行Realtime PCR实验,在mRNA水平上对数学模型进行验证和预测, 收集Realtime PCR实验数据进行数学模型验证和预测,并计算实验结果和数学模型数值模拟结果的准确率,量化和评估所建模型的有效性和准确性。

2.根据权利要求1所述的骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法,其特征在于,在步骤2中,数学模型建立后,通过Realtime PCR实验检测数学模型中各信号分子随时间变化的RNA的相对浓度,即在6h, 12h, 18h, 24h, 30h, 36h, 42h, 48h, 54h, 

60h, 66h和72h时刻mRNA水平的实验数据,采用梯度差分进化算法对数学模型中的未知参数进行识别,并计算实验结果和数值模拟结果的相关性,对数学模型的有效性进行初步的量化评估。

3.根据权利要求1所述的骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法,其特征在于,在步骤3中,还需要通过ELISA和Western blot实验在蛋白水平进一步验证数学模型。

4.根据权利要求3所述的骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法,其特征在于,还需要定量分析TNF信号通路中信号分子不同表达水平对软骨细胞凋亡的影响。

5.一种如权利要求1‑4中任意一项所述的骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法的应用,其特征在于,用于筛选治疗骨关节炎的新靶点。

6.根据权利要求5所述的骨关节炎中调控软骨细胞凋亡信号通路的数学建模方法的应用,其特征在于,基于步骤3中的数学模型,采用全局敏感性分析方法分析数学模型中参数的敏感性,通过基因干扰实验沉默相关基因的表达,对模型的敏感参数进行调整,就能够改变模型的输出,即减少软骨细胞的凋亡,进而筛选出治疗骨关节炎的新靶点。