亚细胞体系重要生化反应多尺度模拟研究

亚细胞体系中的钙信号、基因调控等生化反应是关系到多种细胞功能和生理过程的重要反应，它们本质上具有子反应速率、反应物分子数目以及反应空间尺度等多方面多尺度特性。以往的研究通常只讨论某一"最关心"尺度，在一定假设基础上把其他尺度上的各种因素表现在该尺度上，这种单尺度方法忽略了不同尺度上各子反应确定/随机、连续/离散等不同特征，不能准确、高效的描述反应，使得一些重要的跨尺度问题难以正确认识和讨论，因而急需发展多尺度研究方法。本项目拟针对钙信号、基因调控等特定生化反应中的多尺度特性，发展适合具体体系的多尺度模拟方法，从而促进该类生化反应的系统、深入研究。

随着实验和理论研究水平的不断进步，亚细胞生化反应的多尺度特性作为揭示细胞信号转导机制的新增长点日益受到研究者广泛的关注。本项目根据该类反应同时具备的随机、确定和离散、连续等特征，针对胞内钙信号、基因调控、神经电信号等典型体系，根据研究目的和体系具体特征开展多尺度建模和模拟研究。项目主要取得如下方面成果：1在非可兴奋性细胞激动剂诱导的钙信号体系中发现了重要的尺度效应引起的介质性质转迁现象；2 提出了一种新型、适合系统生物学对大跨度系统模拟研究的自适应式多尺度算法；3 应用多尺度研究基础的“尺度分离”策略对耦合神经元体系多尺度放电节律转迁问题进行了理论解释与分析；4 在不同细胞信号体系中讨论了多种跨尺度随机性共存时其作用效果和协同规律。本项目的研究结果对在亚细胞体系生化反应多尺度建模、模拟方法选择和算法修正等方面为其他研究提供了重要依据和典型例证。