Оптимизационная модель апоптоза: определение кинетических констант

Апоптозом называют особый механизм уничтожения опасных для организма клеток, который обусловлен действием внутриклеточной системы белков (прокаспаз и др.) Эти белки в норме находятся в пассивном состоянии и не влияют на жизненные процессы в клетке. Однако, после индукции апоптоза прокаспазы активируются (превращаются в каспазы) и разрушают белки, входящие в состав клетки. Апоптоз вызывают различные стимулы, к которым относятся молекулы, активирующие специальные мембранные “рецепторы смерти”, белок, называемый гранзимом $B$, проникающий в клетку через мембрану, и др. Гранзим $B$ не только активирует каспазы, но и обладает способностью непосредственно, без участия каспаз, разрушать внутриклеточные белки (апоптотические мишени). Основная цель работы заключается в исследовании методом математического моделирования динамики активации каспаз и разрушения мишеней апоптоза, при индукции этого процесса гранзимом $B$. В частности, исследовано влияние концентрации гранзима $B$ на динамику активации каспаз. Наибольшие трудности, возникшие при решении сформулированной задачи, связаны с отсутствием полного набора количественных данных, определяющих кинетические константы биохимических реакций, участвующих в системе апоптоза. Поэтому был предложен оптимизационный метод определения величин кинетических констант биохимических реакций, участвующих в апоптозе. Основу метода составляет поиск условного минимума потребления белков системой апоптоза. В результате применения этого метода была определена совокупность кинетических констант апоптоза, индуцированного гранзимом $B$. Были установлены следующие особенности динамики апоптоза: увеличение продолжительности лаг фазы при снижении концентрации гранзима $B$, слабая зависимость максимальной концентрации каспаз от концентрации гранзима $B$. Результаты моделирования приводят к новому взгляду на динамику активации каспаз и разрушения мишеней, а также позволяют исследовать возможность применения гранзима $B$ при лечении опухолей.